Estudo do Mo₂N tem previsão teórica de supercondutividade com temperatura crítica Tc = 24,7 K

O artigo foi destaque na revista NANOSCALE (Edição de 28/06/2022).

O trabalho “Strain-induced Multigap Superconductivity in Electrene Mo₂N: A First principles Study”, colaboração do Prof. Edison Z. da Silva com o Prof. Zenner S. Pereira, da Universidade Federal Rural do  Semi-Árido (UFERSA) e Giovani M. Faccin, da Universidade Federal da Grande Dourados (UFGD), publicado com destaque na revista NANOSCALE revelou, através de simulações computacionais, que o material bi-dimensional (2-D)  Mo₂N  apresenta supercondutividade  com temperatura crítica Tc = 24,7 K.

Desde a realização experimental do grafeno, a pesquisa em materiais 2-D tem sido intensa. Este trabalho mostra que o Mo₂N 2-D, material sintetizado em 2017, apresenta propriedades muito interessantes. Ele é um eletreto, que no caso 2-D, é chamado eletreno (eletreto 2-D). Eletretos tem densidade eletrônica não ligada aos núcleos atômicos, estando confinada no interstício do cristal. Os elétrons do eletreto se comportam como ânions e são responsáveis por propriedades físicas que podem ter diversas aplicações tecnológicas, como terminais de baterias, emissores de elétrons, supercondutores, entre outras aplicações.
 
 Nas palavras de Zenner S. Pereira: “O Mo₂N apresenta supercondutividade em pressão ambiente com temperatura crítica Tc = 24,7 K. Tal descoberta representa um recorde de valor da temperatura crítica para esta classe de materiais, tendo em vista se tratar de um eletreto sem pressão aplicada e contribui na busca por supercondutores de alta temperatura crítica”.

A união da moderna estrutura eletrônica a partir de cálculos de primeiros princípios, baseados na teoria do funcional de densidade (DFT) e a teoria da supercondutividade permite hoje prever novos materiais supercondutores.
 
O trabalho usa DFT para estudar os elétrons estabelecendo o comportamento de eletreto deste material. O estudo de fônons e da interação elétron-fônon é usada para resolver as equações de Migdal-Eliashberg que descrevem a interação elétron-fônon com acoplamento forte e permitem calcular, além da temperatura crítica, o gap supercondutor. O trabalho mostra que o Mo₂N apresenta supercondutividade anisotrópica. 

Ao contrário dos materiais 3-D onde pressão é usada para enriquecer o estudo e muitas vezes permite a previsão de supercondutores sob pressão como o Li5C, estudado anteriormente, no caso de materiais 2-D tensão pode ser usada.

Neste trabalho o Mo₂N foi estudado em função da tensão desde o material relaxado, até 5% de tensão. Em função da tensão uma estrutura de multi-gap emerge no sistema. O gap e a temperatura de transição são estudados em dois regimes, isotrópico e anisotrópico, a partir dos quais se evidenciou que para este material, efeitos anisotrópicos são relevantes, uma vez que influenciam na determinação da temperatura crítica e do gap supercondutor, bem como seus comportamentos sob tensão.

Esta linha de pesquisa continua, na busca e predição de novos materiais eletretos supercondutores, principalmente porque esse é um campo novo e há evidências da existência de muitos eletretos supercondutores ainda não sintetizados.

A pesquisa recebeu apoio financeiro da FAPESP (2013/07296-2, 2016/23891-6 e 2017/26105-4), CNPq, CDMF e UFERSA-Caraúbas, e contou com os recursos computacionais do Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em São Paulo (Cenapad-SP)e do Centro de Computação John David Rogers (CCJDR-Unicamp).

O Artigo:
Strain-induced Multigap Superconductivity in Electrene Mo₂N: A First Principles Study
Zenner S. Pereira, Giovani M. Faccin, and E. Z. da Silva. 
NANOSCALE, 14, 24, 8549-8600 (2022) 
https://doi.org/10.1039/D2NR00395C
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https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2022/nr/d2nr00395c