Descubierto accidentalmente hace más de un siglo, el fenómeno de la superconductividad inspiró una revolución tecnológica. En 1911, mientras se estudia el comportamiento del mercurio sólido sobreenfriado a 4 K (-269 ° C), El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) observó por primera vez que ciertos materiales conducen la electricidad sin resistencia ni pérdidas a temperaturas cercanas al cero absoluto.

El interés revivió en la década de 1980 cuando se observó experimentalmente la superconductividad a temperaturas mucho más altas en el rango de 90 K (-183 ° C). Este récord fue luego superado, y los científicos ahora buscan superconductividad a temperatura ambiente.

Esta información proporciona los antecedentes para un estudio realizado recientemente por el Grupo de Física del Estado Sólido de la Universidad Estatal de São Paulo (UNESP) en Rio Claro, Brasil. El investigador principal fue Valdeci Pereira Mariano de Souza. Además de otros investigadores afiliados a UNESP, el equipo incluía a científicos de la Universidad de París Sur (Orsay) en Francia.

En Rio Claro, el equipo de investigación utilizó equipos adquiridos con el apoyo de la Fundación de Investigaciones de São Paulo - FAPESP para obtener los resultados, que sirvió de base para un artículo publicado en Revisión física B .

"En varios materiales, la fase superconductora se manifiesta en la proximidad de lo que se conoce como fase aislante de Mott. La transición de metal-aislante de Mott es un cambio repentino en la conductividad eléctrica que ocurre a una temperatura dada cuando la repulsión de Coulomb entre electrones se vuelve comparable a la energía cinética de electrones libres, "dijo Mariano.

"Cuando la repulsión de Coulomb se vuelve relevante, los electrones que eran itinerantes se localizan, y esto minimiza la energía total del sistema. Esta localización de electrones es la fase de aislamiento de Mott. En algunos casos, se desarrolla un proceso aún más exótico. Debido a las interacciones entre electrones que ocupan sitios vecinos en la red, los electrones se reorganizan en la red de manera no homogénea, y se produce la denominada "fase de pedido de carga". Nuestro estudio abordó este tipo de fenómeno ".

Cuando ocurre la fase de pedido de carga, la distribución de carga no homogénea, que a veces se acompaña de una distorsión de la red cristalina, hace que el material esté eléctricamente polarizado, y como un resultado, se comporta como un material ferroeléctrico. Esta etapa se conoce como la "fase ferroeléctrica de Mott-Hubbard" por dos físicos británicos que estudiaron el tema:Nevill Mott (1905-96), 1977 Premio Nobel de Física, y John Hubbard (1931-1980).

Para explorar experimentalmente estas fases exóticas, los investigadores de la UNESP eligieron un material llamado sales de Fabre, que se forman a partir de una molécula orgánica, tetrametiltetratiafulvaleno (TMTTF), con una configuración simétrica que comprende un doble enlace de carbono central y dos radicales metilo en cada lado. Usaron un criostato también adquirido con el apoyo de la FAPESP, para llegar al punto más frío y magnético disponible en UNESP, con una temperatura de 1,4 K y un campo de 12 Tesla.

"Con esta configuración experimental, nuestro objetivo no es solo caracterizar materiales, aunque eso es importante, pero para investigar las propiedades fundamentales de la materia que se manifiestan en condiciones extremas, "Dijo Mariano." Las sales de Fabre tienen diagramas de fase extremadamente ricos para quienes emprenden este tipo de investigación. Los sistemas moleculares en cuestión ya se habían explorado mediante imágenes por resonancia magnética nuclear, espectroscopia infrarroja y otras técnicas. Lo que hicimos esencialmente fue medir sus constantes dieléctricas en el régimen de baja frecuencia ".

Vale la pena recordar que la constante dieléctrica varía de un material a otro y, si bien es una cantidad macroscópica, nos dice cuán polarizable es un material.

"Dado que las sales de Fabre son altamente anisotrópicas y, por lo tanto, tienen propiedades de transporte fuertemente dependientes de la dirección cristalográfica, cuando se produce el pedido de carga, observamos la polarización eléctrica de Mott-Hubbard en toda la pila TMTTF. Esta polarización es considerable y se informó en la literatura en 2001, "dijo el investigador apoyado por la FAPESP.

"La contribución iónica a la constante dieléctrica de estos materiales se midió por primera vez en este estudio. Descubrimos que a medida que la temperatura disminuye, la contribución iónica también disminuye, que da lugar a la fase Mott-Hubbard. Se trataba de una nueva observación que aún no había sido reportada en la literatura, una contribución nuestra genuinamente original. También exploramos en detalle el efecto del trastorno inducido por la irradiación en la fase Mott-Hubbard ".

Esto es importante, él agregó, debido a la proximidad de la fase ferroeléctrica de Mott-Hubbard a la superconductividad.

"William Little, Profesor emérito de Física en la Universidad de Stanford, afirmó que los conductores moleculares de baja dimensión serían candidatos para obtener superconductividad a temperatura ambiente. En su trabajo, Little propuso que la superconductividad a temperatura ambiente se lograría mediante 'espinas', o cadenas conductoras con cadenas laterales altamente polarizables. Los materiales que estamos estudiando tienen precisamente estos elementos, "Dijo Mariano.

La producción de espinas fue un primer paso. El siguiente paso, que ya ha sido concebido por los investigadores de Rio Claro, es estresar las sales de Fabre para inducir superconductividad en la fase ferroeléctrica de Mott-Hubbard.