Dos autores Xingchen Shen, Rolf Heid, Roland Hott, Amir-Abbas Haghighirad, Björn Salzmann, Marli dos Reis Cantarino, Claude Monney, Ayman H. Said, Mehdi Frachet, Bridget Murphy, Kai Rossnagel, Stephan Rosenkranz e Frank Weber.
Em Nature Communications - Publicado em 10/11/23.
Informações do pesquisador Fernando Garcia.
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A teoria BCS teve grande sucesso para explicar a formação da fases supercondutoras em sólidos. Porém, antes do seu advento, ideias concorrentes estavam sendo desenvolvidas. Uma destas ideias foi explorada pelo físico britânico Rudolf Peierls, que buscava compreender a formação de deformações em cadeias atômicas. Tais cadeias são modelos abstratos de uma estrutura cristalina de uma dimensão (1D) e Peierls tentava entender se um estado metálico poderia ser estável nestes sistemas. O que ele descobriu é que um cristal metálico 1D é instável. De fato, estas cadeias sofrerão um processo de dimerização, no qual os átomos do cristal deslocam-se na direção de seus vizinhos. Esta nova estrutura cristalina gera também uma nova distribuição de carga no material, chamada onda de densidade de carga (ou CDW). Junto com a mudança da estrutura cristalina, a estrutura eletrônica sofre uma reconstrução e o metal se torna um isolante. A formação de uma CDW, portanto, é caracterizada por dois ingredientes - mudanças nas estruturas cristalina e eletrônica de um material - e ela ocorre abaixo de uma dada temperatura, que chamamos TCDW.
Trabalhos posteriores expandiram as ideias de Peierls para estruturas cristalinas reais. Uma classe de materiais muito importante neste estudo são os metais de transição dicalcogenados, ou TMDs. Estes materiais não apenas exibem CDWs, como também supercondutividade e propriedades eletrônicas de grande relevância para aplicações em sensores e dispositivos eletrônicos. O que sabemos hoje é que, em muitos casos, a formação da CDW está conectada com os modos de vibração dos materiais, que são chamados fónons. Em particular, esperamos que uma CDW em TMDs esteja ligada à presença de modos "moles" (soft modes) de fónons, que prenunciam a mudança estrutural.
No artigo “Precursor region with full phonon softening above the charge-density-wave phase transition in 2H-TaSe2”, publicado na Nature Communications, duas importantes técnicas foram combinadas para estudar a CDW no TMD 2H-TaSe2. Primeiro, o espalhamento inelástico de raios-X foi empregado para analisar os fónons do material um pouco acima de TCDW. Assinaturas da presença dos soft modes de fónons foram encontradas, com propriedades típicas esperadas do sistema que já se encontra na fase CDW.
A pesquisadora Marli dos Reis Cantarino (à época, cursando seu doutoramento pelo IFUSP, atualmente vinculada ao ESRF em Grenoble, França) e colaboradores da Universidade de Friburgo, na Suiça, realizaram experimentos de fotoemissão resolvida em ângulo (ARPES) e notaram que a estrutura de bandas eletrônicas do material não exibe a reconstrução esperada para a fase CDW.
Os autores do trabalho assim concluíram que no TMD 2H-TaSe2, há a formação uma fase precursora com propriedades distintas do metal normal e da própria fase CDW. Apoiados ainda por cálculos de estrutura eletrônica, os autores concluíram também que a fase precursora tem relação com a formação do estado supercondutor em 2H-TaSe2.
Durante este trabalho, a pesquisadora Marli Cantarino teve apoio da FAPESP (FAPESP #2019/05150-7 e #2020/13701-0).
Imagem: Do artigo. Figura 1.
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