Modelo de orbitais moleculares para supercondutores

Abstract

Realizamos cálculos de orbitais moleculares utilizando um modelo de cluster representando a célula unitária do supercondutor YBCO. Para minimizar os efeitos da introdução excesso de elétrons no sistema devido às ligações flutuantes, os átomos de cobre da fronteira do cluster foram saturados com átomos de hidrogênio. Esse artifício foi fundamental para a obtenção de bons resultados. O cluster foi considerado diamagnético. O efeito da estequiometria de oxigênio nas propriedades eletrônicas foram analisadas em termos da variação do gap de energia HOMO-LUMO com a ocupação do sítio O(1). É conhecido que os orbitais de fronteira são responsáveis por muitas das propriedades químicas e físicas das moléculas e o gap HOMO-LUMO mostrou-se aqui uma construção bastante útil para a compreensão das propriedades supercondutoras do material estudado. Foram realizados cálculos do gap usando dados estruturais de diferentes estequiometrias de YBa2Cu3O7-δ para uma comparação do cluster completamente oxigenado com o cluster com vacância no sítio O(1), o que nos permitiu concluir que o aparecimento de supercondutividade envolve a desocupação desse sítio de oxigênio. Descrevemos também com sucesso o comportamento de duas vacâncias de oxigênio nas estequiometrias com δ ≈ 0,5. Os cálculos Hartree-Fock foram feitos em nível ECP (Effective Core Potential) e com o conjunto de base mínima lanl1mb. Neste nível de teoria o HOMO consiste principalmente de elétrons p, mas também contém contribuições de elétrons d do cobre, que são importantes para a condução elétrica e a supercondução. Observamos átomos de cobre nos três estados de oxidação e na proporção requerida pelo princípio da eletro-neutralidade. Nossos cálculos comprovam as previsões qualitativas que Pauling ofereceu em 1987, logo após a descoberta dos óxidos de cobre supercondutores. Acreditamos que nossos resultados irão contribuir para que a teoria RVB seja reconhecida como uma teoria apropriada para descrever a supercondutividade e como uma alternativa à teoria BCS