Supercondutividade e Novos Materiais Supercondutores
Renato F. Jardim
A ocorrência de supercondutividade pode ser considerada como uma propriedade mágica da matéria, por meio da qual os elétrons entram espontaneamente em uma dança quântica macroscópica na qual a eletricidade flui perfeitamente, sem perdas (resistência elétrica nula) e abaixo de uma temperatura crítica TC. Diferentemente do estado metálico convencional onde os portadores de corrente elétrica são quase sempre elétrons, férmions normais, no estado supercondutor eles são pares de elétrons, uma coisa meio estranha denominada de bósons e que tem um hábito não convencional de experimentarem um fenômeno conhecido por condensação. Em adição ao estado de resistência elétrica zero, o estado supercondutor é também caracterizado pela expulsão do fluxo magnético do interior do material, fenômeno conhecido como diamagnetismo perfeito. Se tal estado com essas duas propriedades macroscópicas fosse sustentável em temperaturas maiores que a ambiente, tecnologias que suportam o nosso cotidiano seriam profundamente alteradas. O efeito da supercondutividade ocorre em milhares de materiais, mas, na grande maioria das vezes, abaixo de temperaturas críticas TC muito baixas, bem abaixo da temperatura ambiente ~ 300 K. Os materiais mais promissores no momento para aplicações tecnológicas são algumas ligas e compostos intermetálicos e outros pertencentes a famílias de cerâmicas a base de cobre, que permanecem supercondutores até aproximadamente metade da temperatura ambiente na escala Kelvin. Nessa palestra serão discutidas famílias de materiais supercondutores e tópicos de interesse acerca da magia do estado supercondutor e suas propriedades gerais, propriedades essas que são utilizadas para produzir tecnologias aplicadas cotidianamente desde a medicina até a telefonia celular.
E-mail de contato: rjardim@if.usp.br
Magnetos Frustrados e Materiais Críticos Quânticos
Julio A. Larrea Jiménez
O magnetismo resulta bastante familiar a nossa observação. Sua descoberta e o uso se remontam desde a época das civilizações madres da humidade. Apesar que muito dos avanços tecnológicos atuais envolvem o fenômeno do magnetismo (como cartões magnéticos e os discos rígidos), o entendimento do magnetismo desde um nível fundamental continua sendo tema em aberto.
O ponto de partida para a compreensão das interações básicas que originam o magnetismo em materiais é entender a manifestação de seu grau de liberdade chamado “spin” dentro de um paradigma de fenômenos de muitos corpos. A primeira tentativa de descrever um estado magnético e sua transição para outro estado pode ser encontrada em uma teoria que combina efeitos de flutuações termodinâmicas com ensembles estatísticos de spin (também chamada de teoria de Landau-Ginzburg-Wilson - LGW). Embora a teoria LGW tem contribuído enormemente para o estudo das transições de fase magnéticas, ela apresenta limitações quando sistemas de spin puramente quânticos são considerados, ou seja, quando as flutuações quânticas são mais relevantes que as termodinâmicas. Aqui surge uma pergunta desafiadora: Como atingimos o limite puramente quântico e que novos materiais podem oferecer esse cenário?
Nesta palestra discutiremos um sistema de spin SrCu2(BO3)2 situado no limite puramente quântico devido à frustração magnética (flutuações quânticas produzidas pela instabilidade do sistema em minimizar sua energia magnética). Estes conceitos serão revisados tomando como ponto de partida a abordagem clássica ou conhecida do magnetismo para nos conduzir a uma nova forma de descrever o magnetismo quântico. Mostraremos como as propriedades físicas desse sistema quântico pode ser medida em condições extremas (temperaturas próximas ao zero absoluto, altas pressões e campos magnéticos intensos) e, discutiremos como os estados emaranhados quânticos são muito mais diversos e funcionais para a geração de materiais com aplicações em informação quântica e computação quântica [ver J. Larrea Jiménez et al. Nature 592, 370 (2021) ].
E-mail de contato: larrea@if.usp.br
Website: LQMEC.com
Termoeletricidade e Materiais Quânticos
Valentina Martelli
A termoeletricidade é uma propriedade dos materiais (condutores ou semicondutores) que se manifesta como geração de corrente elétrica a partir de um gradiente térmico (e vice-versa). O que está na base deste fenômeno é uma complexa interação entre elétrons e vibrações da rede cristalina.
Geradores baseados em materiais termoelétricos foram usados a partir dos anos 70 em missões espaciais pela durabilidade e confiabilidade da tecnologia. Além disso, estes geradores não produzem gases de efeito estufa. Portanto surge uma pergunta fundamental: no cenário global de mudanças climáticas a termoeletricidade poderia nos oferecer uma alternativa para produzir energia a partir do calor sem gerar poluição; então, porque não temos um uso em ampla escala de dispositivos deste tipo? Isso é principalmente devido à baixa eficiência (conversão calor/eletricidade) que ainda os caracterizam. Para poder progredir no avanço tecnológico, é preciso avançar no entendimento do fenômeno do ponto de vista das interações fundamentais e explorar novos materiais.
Nesta palestra abordaremos os princípios físicos na base dos fenômenos termoelétricos, analisando os graus de liberdades envolvidos (elétrons e vibrações da rede cristalina) e suas interações, qual é o nosso atual entendimento dos fenômenos observados, quais são os materiais atualmente mais conhecidos como termoelétricos e quais classes de materiais quânticos emergentes são atualmente investigados no contexto deste desafio.
E-mail de contato: valentina.martelli@usp.br
Website: LQMEC.com
