III. Problemas correntes • Super-redes de nanotubos metálicos de

carbono

• Supercondutividade e magnetismo em sistemas de camadas

• Semicondutores magnéticos diluídos

• Modelos para HTCS

• Magnetismo e transporte em super-redes

• Ferromagnetismo em sistemas itinerantes

Nanotubos metálicos de carbono

Nanotubo de Carbono

Contatos de Au

Nanotubos de carbono têm estrutura uni-dimensional

Permitem uso de modelos de baixa dimensionalidade efeitos quânticos (confinamento) mais pronunciados cálculos “mais simples”

Líquidos de Luttinger:

Hipótese: excitações a partir do estado fundamental são bem descritas por uma representação linear dadispersão [ k, ao

invés de k2 ]

kF-kF

k

Característica de um LL: separação entre excitações envolvendo carga das envolvendo spin

Ilustração: coloque um elétron extra (em movimento), e acompanhe a redistribuição (via densidades) da carga e dos spins

c

posição na rede 1-D

As velocidadessão diferentes!

A conjectura: o LL descreve, de modo universal, toda a Física de baixas energias (excitações sem gap) para os metais 1D

Lucro: diversas grandezas diretamente mensuráveis (calor específico, suscetibilidade magnética, compressibilidade, e condutividade) podem ser calculadas de modo bastante simples

2/12

)2/ln(8

1

Rv

eg

F

constante dielétricacomprimento raio

g ~ 0.2; c.f. g = 1 para o gás de Fermi

(comportamento LL de fato observado em exp’s de tunelamento)

Para os Nanotubos de Carbono:

“constante de acoplamento”

Super-redes de NC’s/LL’s:

Diagrama de fases

metal

isolante

Condutividade

U = 0(g = 1)

U 0(g 1)

[J Silva-Valencia, E Miranda & RRdS, JPCM (2001)]

Supercondutividade foi recentemente observada em nanotubos de Carbono (Tc 0.55 K).

• Explicável pela tradicional BCS?• Como aumentar Tc ?

Questões a serem investigadas (LLSL’s):

• Tunelamento nas super-redes• Bi-estabilidade de corrente

I

V

Carbetos de Boro

Supercondutividade e magnetismo em sistemas de camadas

RT2B2C RTBC

Variando-se a terra rara e/ou o metal de transição, osistema pode ficar magnético, supercondutor, ou co-existência de ambos

Por quê?

Inicialmente, modelo simplificado, sem considerar os elétrons f [localizados] das terras raras

U<0 U=0 U<0 U=0 U<0 U=0

RT2B2C

RTBCU<0 U=0 U=0 U<0 U=0 U=0

iii i i i i

ii in n n U HC c c t H

) (1

Modelo*

sítios atrativos

T2B2 RC (sem elétrons f )

* T Paiva & RRdS [PRL (1986)]

0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

30

35 L0=1

=5/3

C= 0

DC= 0

I

MS

|U|0 5 10 15 20

L0=2

I

MS

|U|

Bom acordo com a experiência: a presença de uma segunda camada de RC de fato desfavorece a SUC.

[T Paiva, M El-Massalami, & RRdS, em andamento (2001)]

Próximas etapas:

• Incluir os momentos magnéticos (localizados) dos elétrons f para investigar coexistência entre MAG e SUC• Estudar redes em 2D e 3D

Semicondutores magnéticos diluídos

Mn2+ substitui Ga3+ em GaAs

cede um buraco [estado p] p/ banda de valência, enquanto que elétrons na camada d contribuem com spin S = 5/2

[Grande potencial de aplicações tecnológicas (‘spintronics’)]

Os spins do Mn se ordenam ferromagneticamente abaixode Tc , cujo valor depende de x em Ga1-xMnxAs:

[F Matsukura et al., PRB (1998)]

Modelo simples:

= Mn, S =5/2

= buraco, S =1/2

Interação entreum buraco e Mn éAFM, tornando FM a interação efetiva entre os Mn

Mas, como a densidade de buracos depende da densidade de Mn?

Como varia a magnetização com a densidade de Mn?

Há um aumento na densidade de buracos ao entrar na fase metálica

Questão a ser investigada: natureza das transições

Metal-Isolante

Quanto maior T, mais restritaé a faixa de composições onde

os Mn se alinham

Importante investigar mecanismos que aumentema concentração de buracos

[RRdS, L E Oliveira, & J d’A. e Castro, (2001)]

IV. Conclusões

• Efeitos muito interessantes, característicos de comportamentos coletivos

• Desafiadores por demandarem novas idéias físicas

• Em geral, os (muitos) dados experimentais disponíveis ainda aguardam explicações teóricas.