III. Problemas correntes

1. 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

2. Nanotubos metálicos de carbono

3. Contatos de Au Nanotubo de Carbono

4. 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 da dispersão [  k, ao invés de   k2 ]   k  -kF kF

5. 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  As velocidades são diferentes! posição na rede 1-D

6. 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

7. Para os Nanotubos de Carbono: “constante de acoplamento” constante dielétrica raio comprimento  g ~ 0.2; c.f. g = 1 para o gás de Fermi (comportamento LL de fato observado em exp’s de tunelamento)

8. Super-redes de NC’s/LL’s: U  0 (g 1) U = 0 (g = 1) isolante Diagrama de fases metal Condutividade [J Silva-Valencia, E Miranda & RRdS, JPCM (2001)]

9. Questões a serem investigadas (LLSL’s): • Tunelamento nas super-redes • Bi-estabilidade de corrente I V Supercondutividade foi recentemente observada em nanotubos de Carbono (Tc 0.55 K). • Explicável pela tradicional BCS? • Como aumentar Tc ?

10. Supercondutividade e magnetismo em sistemas de camadas Carbetos de Boro RT2B2C RTBC

11. Variando-se a terra rara e/ou o metal de transição, o sistema pode ficar magnético, supercondutor, ou co- existência de ambos Por quê? Inicialmente, modelo simplificado, sem considerar os elétrons f [localizados]das terras raras

12. Modelo* U<0 U=0 U<0 U=0 U<0 U=0         RT2B2C     RTBC U<0 U=0 U=0 U<0 U=0 U=0 T2B2RC(sem elétrons f ) sítios atrativos * T Paiva & RRdS [PRL (1986)]

13. 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)]

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

15. 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’)]

16. Os spins do Mn se ordenam ferromagneticamente abaixo de Tc , cujo valor depende de x em Ga1-xMnxAs: [F Matsukura et al., PRB (1998)]

17. Modelo simples: Interação entre um buraco e Mn é AFM, tornando FM a interação efetiva entre os Mn = Mn, S =5/2 Mas, como a densidade de buracos depende da densidade de Mn? = buraco, S =1/2 Como varia a magnetização com a densidade de Mn?

18. Há um aumento na densidade de buracos ao entrar na fase metálica Quanto maior T, mais restrita é a faixa de composições onde os Mn se alinham Questão a ser investigada: natureza das transições Metal-Isolante Importante investigar mecanismos que aumentem a concentração de buracos [RRdS, L E Oliveira, & J d’A. e Castro, (2001)]

19. 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.