Supercondutores de Alta Temperatura

A descoberta da supercondutividade em cerâmicas de óxido de cobre acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido derrubou as expectativas e revelou um mecanismo de emparelhamento não convencional que a teoria BCS não explica.

Definition

Supercondutores de alta temperatura são materiais, principalmente as cerâmicas de óxido de cobre (cuprato), que superconduzem a temperaturas muito acima do limite convencional; eles emergem da dopagem de isolantes de Mott antiferromagnéticos, exibem emparelhamento de onda d, e acredita-se que sejam impulsionados por um mecanismo eletrônico, e não por um fônon simples, que permanece inexplicado.

Scope

Este tópico aborda os supercondutores de alta temperatura à base de cuprato e relacionados: sua estrutura em camadas de óxido de cobre, os compostos parentais isolantes de Mott antiferromagnéticos, o diagrama de fases com dopagem, incluindo o pseudogap e o domo supercondutor, a simetria de emparelhamento de onda d, e o problema central não resolvido do mecanismo de emparelhamento. Também aborda os supercondutores à base de ferro e os hidretos de alta pressão. Contrapõe esses supercondutores não convencionais com a imagem BCS convencional dos tópicos irmãos.

Core questions

• Quais características estruturais e eletrônicas distinguem os supercondutores de cuprato dos metais convencionais?
• Como o estado supercondutor emerge da dopagem de um isolante de Mott antiferromagnético?
• O que é o pseudogap e como o diagrama de fases organiza os cupratos?
• Por que a teoria BCS convencional falha em explicar a supercondutividade de alta temperatura?

Key concepts

• Camadas de óxido de cobre de cuprato
• Parental isolante de Mott antiferromagnético dopado
• Diagrama de fases, pseudogap e domo supercondutor
• Simetria de emparelhamento de onda d
• Supercondutores à base de ferro e hidretos

Clinical relevance

Supercondutores de alta temperatura podem operar com resfriamento de nitrogênio líquido de baixo custo, possibilitando cabos de energia, limitadores de corrente de falta e ímãs de alto campo; a compreensão de seu mecanismo é também um dos problemas abertos mais profundos da física, central para a teoria de elétrons fortemente correlacionados.

History

Bednorz e Müller descobriram a supercondutividade perto de 35 K em um cuprato de lantânio em 1986, ganhando o Prêmio Nobel no ano seguinte; a descoberta em 1987 do YBa2Cu3O7 com uma temperatura de transição de 93 K, acima da temperatura do nitrogênio líquido, desencadeou uma explosão de pesquisas que continua.

Debates

Mecanismo de emparelhamento dos cupratos

Décadas após sua descoberta, não há consenso sobre o que liga os elétrons em supercondutores de alta temperatura; cenários de flutuação de spin, ligação de valência ressonante e outros cenários eletrônicos fortemente correlacionados competem, e o papel do pseudogap permanece contestado.

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

Por que a supercondutividade de alta temperatura é considerada não convencional?

Os cupratos superconduzem muito acima das temperaturas que o emparelhamento de fônons BCS permitia, emergem de parentais magnéticos isolantes em vez de bons metais, e têm emparelhamento de onda d em vez de onda s, então seu mecanismo parece ser eletrônico em vez do convencional de vibração de rede.

O mecanismo da supercondutividade de alta temperatura foi resolvido?

Não. Apesar do enorme esforço, o mecanismo de emparelhamento dos cupratos permanece sem solução; é amplamente considerado um dos problemas abertos mais importantes na física da matéria condensada.