Nome do Projeto
O Efeito da Dopagem Química sobre as Propriedades Magnéticas e Elétricas dos Estados Supercondutor e Normal de Cupratos Supercondutores
Ênfase
PESQUISA
Data inicial - Data final
01/12/2016 - 30/11/2021
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra - Física - Supercondutividade
Resumo
A utilização da dopagem química em supercondutores, via adição ou substituição parcial de elementos, permite investigar, entre outros, o comportamento dos componentes ativos e de suas ligações com a estrutura, da concentração de portadores, da temperatura crítica de transição, Tc, do mecanismo responsável pela condensação dos pares de Cooper e da correlação estabelecida entre as propriedades do estado normal-supercondutor nestes compostos. O emprego da dopagem química na estrutura dos cupratos supercondutores (YBaCuO, BiSrCaCuO e etc.) é concebido como um método eficaz de produzir-se modificações de maneira assistida as propriedades eletrônicas destes materiais. Desta forma, sua utilização colabora efetivamente para a elucidação dos mecanismos subjacentes ao comportamento das propriedades que estão diretamente relacionados ao estabelecimento e efetivação do fenômeno da supercondutividade tanto na fase normal, quanto no estado supercondutor desses materiais. Além disso, os cupratos supercondutores são classificados como supercondutores do tipo II caracterizados por apresentarem uma vasta região do seu diagrama de fase H-T dominada pela coexistência de supercondutividade e magnetismo (fase mista). Nesta fase o material no estado supercondutor admite a penetração do campo magnético na forma de vórtices blindados por supercorrentes. O estudo da interação entre vórtices e regiões da amostra onde o parâmetro de ordem supercondutor encontra-se localmente penalizado constitui a chamada dinâmica de vórtices. Esta dinâmica mostra-se fortemente dependente do campo magnético e da temperatura. O estudo das propriedades elétricas e magnéticas dos cupratos supercondutores em função da dopagem química controlada, tanto nas suas fases mista e normal (não-supercondutora), constitui uma ferramenta relevante a ser empregada na busca de informações sobre como atuam os mecanismos físicos responsáveis pela efetivação do estado supercondutor nesses materiais. Portanto a efetivação das linhas de ação deste projeto tem como um dos seus objetivos pesquisar os efeitos provenientes da dopagem química no comportamento de algumas das propriedades estruturais, elétricas e magnéticas como: a densidade de energia cinética de condensação, K(T,B) dos portadores carga, flutuações termodinâmicas de vórtices e a estabilidade dos regimes críticos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade, preferencialmente, nas fases normal (pseudogap) e mista desses materiais.
Objetivo Geral
Esta proposta de projeto de pesquisa propõe a realização de um estudo experimental sistemático de condutividade elétrica ac e magnetização dc com objetivo principal de identificar e estudar o comportamento apresentado pelos mecanismos inerentes ao estabelecimento da supercondutividade na interface das fases normal e supercondutor de amostras monocristalinas, policristalinas e texturizadas de cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, pertencentes a família YBCO, dopadas quimicamente. Ela também pretende colaborar para o desenvolvimento de temas de iniciação científica, dissertação e doutorado na área de Física.
Em particular, os elementos químicos a serem adicionados ou empregados em substituição parcial aos átomos de Y, Ba e Cu na estrutura do YBCO serão previamente selecionados com a finalidade de atuarem como agentes estimuladores voltados a facilitação da identificação e particularização da dinâmica desenvolvida pelos mecanismos responsáveis pelo estabelecimento da supercondutividade nestes sistemas. Por exemplo, dopantes como o Ca, o qual deverá ser inserido em substituição parcial ao Y, com o objetivo de alterar a dopagem de lacunas junto aos planos de Cu-O. Os átomos de Pr e Nd igualmente a serem inseridos substituicionalmente ao Y com o objetivo de ampliar a região magneticamente reversível do diagrama H-T. Por outro lado a substituição parcial do Ba por La, Sr e Na colaboraria para a introdução de um efeito de pressão química sobre a cela unitária deste sistema. Em relação a impurezas químicas como o Ni, Au e Zn, que efetivamente são substitucionais ao Cu. O Ni (um elétron de valência a menos que o Cu) tem momento magnético [17]. O Au (mesma valência) é uma impureza muito pouco estudada, embora seja a única que promove um aumento sensível na temperatura crítica do YBCO [18]. O Zn tem um elétron de valência a mais que o cobre e promove uma diminuição linear da temperatura crítica com a concentração da impureza [17].
Para o estudo do estado normal pretende-se realizar medidas de condutividade elétrica em função da temperatura e sob pressão hidrostática e campo magnético aplicado, efeito Hall e magneto-resistência. Espera-se que a investigação sistemática dos efeitos da pressão nas amostras com impurezas e sub-dopadas possa trazer informações relevantes sobre o estado de pseudogap e sobre a natureza da transição supercondutora. Informações sobre o pseudogap e, genericamente, sobre a complexidade das propriedades eletrônicas no YBCO, g
Em particular, os elementos químicos a serem adicionados ou empregados em substituição parcial aos átomos de Y, Ba e Cu na estrutura do YBCO serão previamente selecionados com a finalidade de atuarem como agentes estimuladores voltados a facilitação da identificação e particularização da dinâmica desenvolvida pelos mecanismos responsáveis pelo estabelecimento da supercondutividade nestes sistemas. Por exemplo, dopantes como o Ca, o qual deverá ser inserido em substituição parcial ao Y, com o objetivo de alterar a dopagem de lacunas junto aos planos de Cu-O. Os átomos de Pr e Nd igualmente a serem inseridos substituicionalmente ao Y com o objetivo de ampliar a região magneticamente reversível do diagrama H-T. Por outro lado a substituição parcial do Ba por La, Sr e Na colaboraria para a introdução de um efeito de pressão química sobre a cela unitária deste sistema. Em relação a impurezas químicas como o Ni, Au e Zn, que efetivamente são substitucionais ao Cu. O Ni (um elétron de valência a menos que o Cu) tem momento magnético [17]. O Au (mesma valência) é uma impureza muito pouco estudada, embora seja a única que promove um aumento sensível na temperatura crítica do YBCO [18]. O Zn tem um elétron de valência a mais que o cobre e promove uma diminuição linear da temperatura crítica com a concentração da impureza [17].
Para o estudo do estado normal pretende-se realizar medidas de condutividade elétrica em função da temperatura e sob pressão hidrostática e campo magnético aplicado, efeito Hall e magneto-resistência. Espera-se que a investigação sistemática dos efeitos da pressão nas amostras com impurezas e sub-dopadas possa trazer informações relevantes sobre o estado de pseudogap e sobre a natureza da transição supercondutora. Informações sobre o pseudogap e, genericamente, sobre a complexidade das propriedades eletrônicas no YBCO, g
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| FABIO TEIXEIRA DIAS | 10 | 01/12/2016 | 30/11/2021 |
| FELIPE FERREIRA RIBEIRO | 20 | 01/02/2019 | 31/07/2021 |
| LECIONE CAVALCANTE DOS SANTOS | 2 | 01/12/2016 | 30/11/2021 |
| MATEUS BIGOLIN LORENZON | 2 | 01/12/2016 | 31/01/2019 |
| MATEUS BIGOLIN LORENZON | 12 | 01/08/2017 | 31/01/2019 |
| SANDRA TEIXEIRA JAECKEL | 2 | 01/12/2016 | 30/11/2021 |