Descoberto acidentalmente há mais de um século, o fenômeno da supercondutividade inspirou uma revolução tecnológica. Em 1911, ao estudar o comportamento do mercúrio sólido super-resfriado a 4 K (-269 ° C), O físico holandês Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) observou pela primeira vez que certos materiais conduzem eletricidade sem resistência ou perdas em temperaturas próximas do zero absoluto.

O interesse ressurgiu na década de 1980, quando a supercondutividade foi experimentalmente observada em temperaturas muito mais altas na faixa de 90 K (-183 ° C). Este recorde foi superado posteriormente, e os cientistas agora buscam supercondutividade em temperatura ambiente.

Essas informações embasam estudo realizado recentemente pelo Grupo de Física do Estado Sólido da Universidade Estadual Paulista (UNESP) de Rio Claro, Brasil. O investigador principal foi Valdeci Pereira Mariano de Souza. Além de outros pesquisadores filiados à UNESP, a equipe incluiu cientistas da Paris South University (Orsay), na França.

Em Rio Claro, a equipe de pesquisa utilizou equipamentos adquiridos com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP para a obtenção dos resultados, que forneceu a base para um artigo publicado em Revisão Física B .

“Em diversos materiais, a fase supercondutora se manifesta na proximidade do que é conhecido como fase isolante de Mott. A transição isolante de metal de Mott é uma mudança repentina na condutividade elétrica que ocorre a uma determinada temperatura quando a repulsão de Coulomb entre os elétrons se torna comparável à energia cinética do elétron livre, "disse Mariano.

“Quando a repulsão de Coulomb se tornar relevante, os elétrons que eram itinerantes tornam-se localizados, e isso minimiza a energia total do sistema. Esta localização de elétrons é a fase isolante de Mott. Em alguns casos, um processo ainda mais exótico se desenrola. Por causa das interações entre os elétrons que ocupam locais vizinhos na rede, os elétrons se reorganizam na rede de uma maneira não homogênea, e ocorre uma chamada 'fase de pedido de cobrança'. Nosso estudo abordou esse tipo de fenômeno. "

Quando ocorre a fase de pedido de cobrança, a distribuição de carga não homogênea, que às vezes é acompanhada por uma distorção da rede cristalina, torna o material eletricamente polarizado, e como resultado, ele se comporta como um material ferroelétrico. Esta fase é conhecida como a "fase ferroelétrica Mott-Hubbard" em homenagem a dois físicos britânicos que estudaram o assunto:Nevill Mott (1905-96), Prêmio Nobel de Física de 1977, e John Hubbard (1931-80).

Para explorar experimentalmente essas fases exóticas, os pesquisadores da UNESP escolheram um material denominado sais de Fabre, que são formados a partir de uma molécula orgânica, tetrametiltetratiafulvaleno (TMTTF), com uma configuração simétrica compreendendo uma dupla ligação de carbono central e dois radicais metila em cada lado. Eles usaram um criostato, também adquirida com apoio da FAPESP, chegar ao ponto mais frio e magnético disponível na UNESP, com uma temperatura de 1,4 K e um campo de 12 Tesla.

"Com esta configuração experimental, nosso objetivo não era apenas caracterizar materiais, embora isso seja importante, mas para investigar as propriedades fundamentais da matéria que se manifestam sob condições extremas, "Disse Mariano." Os sais Fabre têm diagramas de fases extremamente ricos para quem faz esse tipo de pesquisa. Os sistemas moleculares em questão já haviam sido explorados usando imagens de ressonância magnética nuclear, espectroscopia de infravermelho e outras técnicas. O que essencialmente fizemos foi medir suas constantes dielétricas no regime de baixa frequência. "

Vale lembrar que a constante dielétrica varia de material para material e, embora seja uma quantidade macroscópica, ela nos diz o quão polarizável é um material.

"Dado que os sais de Fabre são altamente anisotrópicos e, portanto, têm propriedades de transporte fortemente dependentes da direção cristalográfica, quando ocorre o pedido de cobrança, observamos a polarização elétrica de Mott-Hubbard em toda a pilha TMTTF. Esta polarização é considerável e foi relatada na literatura em 2001, "disse o pesquisador apoiado pela FAPESP.

"A contribuição iônica para a constante dielétrica desses materiais foi medida pela primeira vez neste estudo. Descobrimos que, à medida que a temperatura diminui, a contribuição iônica também diminui, que dá origem à fase Mott-Hubbard. Esta foi uma nova observação que ainda não havia sido relatada na literatura - uma contribuição genuinamente original nossa. Também exploramos em detalhes o efeito do distúrbio induzido pela irradiação na fase de Mott-Hubbard. "

Isso é importante, ele adicionou, devido à proximidade da fase ferroelétrica de Mott-Hubbard à supercondutividade.

"William Little, Professor Emérito de Física na Universidade de Stanford, afirmaram que condutores moleculares de baixa dimensão seriam candidatos para a obtenção de supercondutividade à temperatura ambiente. Em seu trabalho, Little propôs que a supercondutividade à temperatura ambiente seria alcançada por meio de 'espinhos', ou cadeias condutoras com cadeias laterais altamente polarizáveis. Os materiais que estamos estudando têm exatamente esses elementos, "Disse Mariano.

A produção de espinhos foi um primeiro passo. O próximo passo, que já foi idealizada pelos pesquisadores de Rio Claro, é enfatizar os sais de Fabre para induzir a supercondutividade na fase ferroelétrica de Mott-Hubbard.