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
Contatos de Au
Nanotubo de Carbono
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
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
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
Para os Nanotubos de Carbono:
“constante de acoplamento”


8e
g  1 
ln( / 2R )
 vF

2
constante dielétrica
comprimento
1 / 2
raio
 g ~ 0.2; c.f. g = 1 para o gás de Fermi
(comportamento LL de fato observado em exp’s de tunelamento)
Super-redes de NC’s/LL’s:
U 0
(g  1)
isolante
Diagrama de fases
metal
Condutividade
[J Silva-Valencia, E Miranda & RRdS, JPCM (2001)]
U=0
(g = 1)
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 ?
Supercondutividade e magnetismo em sistemas de camadas
Carbetos de Boro
RT2B2C
RTBC
Variando-se a terra rara e/ou o metal de transição, o
sistema pode ficar magnético, supercondutor, ou coexistência de ambos
Por quê?
Inicialmente, modelo simplificado, sem considerar
os elétrons f [localizados] das terras raras
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
T2B2
RC (sem elétrons f )
H  t  (ci ci 1  HC)  U i ni ni   i ni
i
*
T Paiva & RRdS [PRL (1986)]
i
i
sítios atrativos
35
L0=2
L0=1
30
I
25
20

=5/3
C= 0
DC= 0
I
15
S
10
M
5
0
0
5
10
|U|
15
20 0
M
S
5
10
15
20
|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 abaixo
de Tc , cujo valor depende de x em Ga1-xMnxAs:
[F Matsukura et al., PRB (1998)]
Modelo simples:
Interação entre
um buraco e Mn é
AFM, tornando
FM a interação
efetiva entre os
Mn
= Mn, S =5/2
= buraco, S =1/2
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
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)]
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.