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Diário do Rio Claro online

Estudo mostra novos aspectos da transição de fases

Publicado em 17 janeiro 2021

Transições de fases são fenômenos presentes no cotidiano. As mais conhecidas são as transições de fase da água entre os estados sólido, líquido e gasoso. Uma transição de fase que tem sido o foco de diversas investigações científicas é a chamada “transição de Mott”. O nome atribuído ao fenômeno homenageia o físico britânico Sir Nevill Francis Mott (1905-1996), prêmio Nobel de Física de 1977. Esta transição ocorre quando um sistema metálico, ou seja, que possui elétrons itinerantes e por isso conduz a corrente elétrica, se torna isolante. Isso acontece devido à variação de parâmetros externos, como, por exemplo, a pressão ou a dopagem.

“Quando o parâmetro de controle atinge um valor crítico, os elétrons se localizam e a fase isolante é então estabelecida. Em suma, uma transição metal-isolante de Mott genuína acontece quando a razão entre duas escalas de energia, a repulsão coulombiana entre os elétrons e a largura da banda eletrônica, atinge um valor crítico”, explica Mariano de Souza, professor do Departamento de Física da Universidade Estadual Paulista (Unesp), no campus de Rio Claro.

Souza foi o coordenador de um estudo, publicado no Journal of Applied Physics, que reporta novos aspectos sobre a transição de Mott. O estudo recebeu apoio da FAPESP por meio do projeto de pesquisa regular “Investigação das propriedades termodinâmicas e de transporte de sistemas eletrônicos fortemente correlacionados”, conduzido por Souza.

“Nosso estudo concentrou-se no entendimento da física na região de coexistência das fases metálica e isolante, próxima ao ponto crítico. Nessa região, ‘poças’ metálicas são incorporadas em uma matriz isolante. Há uma linha de transição que termina no ponto crítico”, relata o pesquisador.

O destaque do estudo é a demonstração da região de coexistência como uma fase eletrônica na qual “poças” metálicas não polarizadas, distribuídas aleatoriamente, estão imersas em uma matriz isolante polarizada. Trata-se de uma analogia à “fase magnética de Griffiths”, proposta pelo físico norte-americano Robert Griffiths em 1969.

“Demonstramos que, ao se aproximar da linha de transição de fase de primeira ordem, o tempo de relaxação do sistema aumenta expressivamente. Isso indica uma redução da dinâmica associada às excitações eletrônicas. Tal fato, junto com a desordem espacial randômica devida à presença das ‘poças’ metálicas na matriz isolante, levou à nossa proposta da região de coexistência de fases metal-isolante de Mott como uma fase eletrônica do tipo Griffiths”, afirma Souza.

Os autores do estudo associaram ainda ao fenômeno o “parâmetro de Grüneisen elétrico”, que quantifica o efeito eletrocalórico, ou seja, a mudança de temperatura em resposta à variação do campo elétrico externo sob condições adiabáticas – isto é, sem trocas de calor com o ambiente. “Tal parâmetro permite inferir que expressivo efeito eletrocalórico ocorre quando o sistema se aproxima da linha de transição de fase de primeira ordem e do ponto crítico”, comenta Souza.

O artigo agora publicado constitui parte da tese de doutorado de Isys Mello e Lucas Squillante, ambos orientandos do professor Mariano de Souza. O pesquisador Antonio Seridonio (Unesp – Campus de Ilha Solteira) e o doutorando Gabriel Gomes (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo, IAG-USP) também assinam o artigo.

O artigo Griffiths-like phase close to the Mott transition pode ser acessado em https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0018604.

Por Fapesp