A existência de um novo material supercondutor, o eletreto Li5C, foi prevista por simulações computacionais realizadas pelos físicos Edison Zacarias da Silva,pesquisador da UNICAMP asssociado ao Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), Zenner Pereira, da Universidade Federal Rural do Semi Árido (Ufersa), campus de Caraúbas,RN, e Giovani Faccin, da Universidade Federal da Grande Dourados (UFGD),MS. O trabalho foi destaque de capa da revista Journal of Physical Chemistry C.
Zacarias lembra que, este ano, comemoramos os 110 anos da descoberta, em 1911, por Kamerlingh Onnes, da supercondutividade, a capacidade de um material transportar corrente elétrica sem qualquer resistência. Em 1957, Bardeen, Cooper e Schrieffer propuseram a teoria definitiva para explicar o fenômeno, hoje conhecida como a teoria BCS. Foi só com a evolução dos computadores a partir dos anos 1980 que a teoria BCS, generalizada por Midgal e Eliashberg, aliada ao desenvolvimento dos cálculos de primeiros princípios baseados no funcional da densidade, permitiram aos físicos realizarem simulações em busca de novos materiais supercondutores.
Pereira explica que o material foi descoberto após uma busca por possíveis estruturas estáveis ou metaestáveis. “Após testar 1500 possíveis estruturas para o Li5C, nossos cálculos apontaram que esse material poderia ser estabilizado em um intervalo de pressões entre 50 e 210 Giga Pascal”, explica. “O interessante nesse material são os cinco átomos de lítio e o único átomo de
carbono na célula unitária. Como o carbono tem quatro elétrons na valência, temos então um excesso de elétrons na célula unitária. Para a nossa surpresa, quando analisamos mais detalhadamente sua estrutura eletrônica, observamos que
o excesso de elétrons não estava ligado nem aos átomos de carbono, nem ao átomo de lítio. Os elétrons ficam confinados em uma região bem específica do cristal, formando uma rede hexagonal, onde os elétrons podem ter uma alta mobilidade.”
Materiais com essa estrutura eletrônica são conhecidos como eletretos. São materiais iônico onde o ânion habita os interstícios da estrutura cristalina, oferecendo a oportunidade de se explorar esses estados eletrônicos como canais de transporte eletrônico em uma, duas ou três dimensões, com muitas aplicações possíveis.
“Analisando mais a fundo a estrutura eletrônica do material vimos que o parâmetro de acoplamento elétron-fônon tinha um alto valor, levando a uma temperatura crítica de supercondutividade 48,3 Kelvin”, diz Pereira. Assim, o Li5C é o eletreto com maior temperatura crítica prevista até então.
A pesquisa teve apoio financeiro da Ufersa, do CNPq e da FAPESP.
Artigo científico
Predicted Superconductivity in the Electride Li5C
Zenner S. Pereira, Giovani M. Faccin e Edison Z. da Silva
Phys. Chem. C – 20 de abril de 2021
Artigo no repositório do CDMF
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