Upptäcktes av misstag för över ett sekel sedan, fenomenet supraledning inspirerade till en teknisk revolution. År 1911, när man studerade beteendet för fast kvicksilver som var superkyld till 4 K (-269 ° C), Den nederländska fysikern Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) observerade för första gången att vissa material leder elektricitet utan motstånd eller förluster vid temperaturer i närheten av absolut noll.

Intresset återupplivades på 1980-talet när supraledning observerades experimentellt vid mycket högre temperaturer i intervallet 90 K (-183 ° C). Detta rekord överträffades senare, och forskare söker nu supraledning vid rumstemperatur.

Denna information ger bakgrunden till en studie som nyligen genomförts av Solid State Physics Group vid São Paulo State University (UNESP) i Rio Claro, Brasilien. Huvudutredaren var Valdeci Pereira Mariano de Souza. Förutom andra forskare som är anslutna till UNESP, i teamet fanns forskare från Paris South University (Orsay) i Frankrike.

I Rio Claro, forskargruppen använde utrustning inköpt med stöd från São Paulo Research Foundation - FAPESP för att få resultaten, som utgjorde grunden för en artikel publicerad i Fysisk granskning B .

"I flera material, den supraledande fasen manifesteras i närheten av det som kallas Mott -isoleringsfasen. Mott-metallisolatorövergången är en plötslig förändring i elektrisk konduktivitet som uppstår vid en given temperatur när Coulomb-avstötningen mellan elektroner blir jämförbar med den frilektroniska kinetiska energin, sa Mariano.

"När Coulomb -avstötningen blir aktuell, elektronerna som var på väg blir lokaliserade, och detta minimerar systemets totala energi. Denna elektronlokalisering är Mott -isoleringsfasen. I vissa fall, en ännu mer exotisk process utspelar sig. På grund av interaktionerna mellan elektroner som intar angränsande platser i nätverket, elektronerna ordnar om sig i nätverket på ett icke-homogent sätt, och en så kallad 'laddningsordningsfas' inträffar. Vår studie behandlade denna typ av fenomen. "

När laddningsordningsfasen inträffar, den icke-homogena laddningsfördelningen, som ibland åtföljs av en snedvridning av det kristallina nätverket, gör materialet elektriskt polariserat, och som resultat, det beter sig som ett ferroelektriskt material. Denna etapp är känd som "ferroelektriska Mott-Hubbard-fasen" efter två brittiska fysiker som studerade ämnet:Nevill Mott (1905-96), Nobelpristagare i fysik 1977 och John Hubbard (1931-80).

För att experimentera utforska dessa exotiska faser, UNESP -forskarna valde ett material som heter Fabre salts, som bildas av en organisk molekyl, tetrametyltetrathiafulvalene (TMTTF), med en symmetrisk konfiguration innefattande en central dubbel kolbindning och två metylradikaler på vardera sidan. De använde en kryostat, också förvärvat med FAPESP:s stöd, för att nå den kallaste och mest magnetiska punkten som finns på UNESP, med en temperatur på 1,4 K och ett 12 Tesla -fält.

"Med denna experimentella inställning, vi syftade inte bara till att karakterisera material, även om det är viktigt, men att undersöka de grundläggande egenskaperna hos materia som manifesterar sig under extrema förhållanden, "Mariano sa." Fabresalter har extremt rika fasdiagram för dem som utför denna typ av forskning. De berörda molekylsystemen hade redan utforskats med hjälp av kärnmagnetisk resonansavbildning, infraröd spektroskopi och andra tekniker. Det vi i huvudsak gjorde var att mäta deras dielektriska konstanter i lågfrekvensregimen. "

Det är värt att komma ihåg att den dielektriska konstanten varierar från material till material och, medan det är en makroskopisk mängd, den berättar hur polariserbart ett material är.

"Med tanke på att Fabresalter är mycket anisotropa och därför har starkt kristallografiskt riktningsberoende transportegenskaper, när avgiftsbeställning sker, vi observerar Mott-Hubbards elektriska polarisering genom hela TMTTF-stacken. Denna polarisering är stor och rapporterades i litteraturen 2001, "sade den FAPESP-stödda forskaren.

"Det joniska bidraget till dielektriska konstanten för dessa material mättes för första gången i denna studie. Vi fann att när temperaturen sjunker, det joniska bidraget minskar också, vilket ger upphov till Mott-Hubbard-fasen. Detta var en ny observation som ännu inte hade rapporterats i litteraturen - ett verkligt originellt bidrag från oss. Vi undersökte också effekten av störningen som orsakas av bestrålning i Mott-Hubbard-fasen i detalj. "

Det här är viktigt, han lade till, på grund av närheten av Mott-Hubbard ferroelektriska fas till supraledning.

"William Little, Emeritusprofessor i fysik vid Stanford University, uppgav att lågdimensionella molekylära ledare skulle vara kandidater för att erhålla supraledning vid rumstemperatur. I hans arbete, Lite föreslog att supraledning vid rumstemperatur skulle uppnås med hjälp av "spines", eller ledande kedjor med mycket polariserbara sidokedjor. Materialet vi studerar har just dessa element, "Sa Mariano.

Tillverkningen av taggar var ett första steg. Nästa steg, som redan har tänkts av forskarna i Rio Claro, är att stressa Fabre-salter för att inducera supraledning i Mott-Hubbards ferroelektriska fas.