The present manuscript provides a detailed and systematic experimental study of the superconducting properties of noncentrosymmetric (NCS) Re₃M (M = W, Ta, and Nb) materials with high rhenium atomic concentration. Owing to the lack of a center of inversion within the α-Mn NCS crystal structure, which develops in the Re-M binary systems, novel properties of the superconducting ground state may arise if the otherwise prohibited spin singlet-triplet admixture is realized. In addition to likely posses strong anti-symmetric spin-orbit coupling, the Re₃M compounds are weakly correlated materials. Some aspects of this study include the stabilization of the α-Mn phase via the partial atomic substitution of W by Nb or Ta and/or the annealing procedures at T = 1700 °C in Re₃M materials. Physical characterization through temperature and magnetic field dependent resistivity ρ(T,H), specific heat C_p(T,H), thermal conductivity κ(T,H), and magnetization M(T,H) of both single and multi phase Re₃M specimens, and the indirect study of flux pinning dynamics emerging close to the upper critical field (H_c2) were conducted. Polycrystalline samples of Re₃M_xW_1-x solid solutions, M = Ta and Nb, and 0.0 ≤ x ≤ 0.5, and Re_1-yW_y compounds, 0.1 ≤ y ≤ 0.5, were synthesized in an arc melting furnace and subsequently annealed at high temperatures under vacuum or inert atmosphere. From X-ray diffraction results, it is found that the α-Mn structure is stabilized in the Re₃Ta and Re₃Nb as cast materials, while the Re₃W material needs the heat treatment at T = 1700 °C to acquire a single α-Mn phase structure. In as cast samples, the partial atomic substitution in the Re₃M_xW_1-x solid solutions is effective to stabilize the NCS structure when the tungsten content is below 75 at.\% (x > 0.25). Two superconducting phases are believed to emerge in the centrosymmetric, as cast Re₃W material due to the two clear peaks in its specific heat results. In contrast, the annealed Re_1-yW_y NCS materials, 0.25 ≤ y ≤ 0.28, exhibit a single, well-defined peak marking the superconducting transition in specific heat results. However, the HxT phase diagram of the annealed Re₃W sample contains a bifurcation in the lowest temperature limit: two superconducting boundary lines mark a region with magnetic field quasi-independent electrical resistance curves. The Re₃Ta HxT phase diagram also displays an unconventional feature, even though all other physical properties probed here suggest a conventional, isotropic s-wave pairing. In the annealed solid solutions Re₃M_0.5W_0.5, the ρ(T,H) features related to the peak effect (PE), where a maximum in the superconducting critical current J_c occurs in the vicinity of H_c2(T) boundary line, are more pronounced. Moreover, in the PE region, re-entrant and irreversible behaviors arise in the magneto-transport curves. Conversely, the PE is almost imperceptible in the results of the magnetic properties of Re₃M materials. To summarize, our main findings are that the low temperature thermodynamic data strongly suggest conventional, nodeless superconductivity in Re₃M NCS materials and the magneto-transport data near the phase boundary H_c2(T) exhibit features associated with the PE in all single α-Mn phase materials, being more pronounced in the annealed solid solution specimens.

Esta tese compõe um estudo experimental detalhado e sistemático das propriedades supercondutoras de materiais não centrossimétricos (NCS) do tipo Re₃M (M = W, Ta, e Nb) e com alta concentração atômica de rênio. Devido à falta de um centro de simetria de inversão na estrutura cristalina NCS α-Mn, que comumente se desenvolve nos sistemas binários Re-M, novos tipos de propriedades supercondutoras podem surgir caso a mistura, de outro modo proibida, de estados spin-singleto/tripleto esteja presente. Além de possivelmente apresentar acoplamento spin-órbita anti-simétrico intenso, os compostos Re₃M são materiais de fraca correlação eletrônica. Alguns aspectos deste estudo incluem a estabilização da fase α-Mn através da substituição atômica parcial de W por Nb ou Ta e/ou por tratamentos térmicos, em T = 1700 °C, nos materiais Re₃M. Várias caracterizações de propriedades físicas foram conduzidas, tais como a dependência com temperatura e campo magnético externo da resistividade ρ(T,H), calor específico C_p(T,H), condutividade térmica κ(T,H), e magnetização M(T,H), além do estudo indireto do aspecto dinâmico do aprisionamento de fluxo magnético que surge próximo ao campo crítico superior (H_c2 ). Amostras policristalinas das soluções sólidas Re₃M_xW_1-x, com M = Ta e Nb e 0.0 ≤ x ≤ 0.5, e Re_1-yW_y , 0.1 ≤ y ≤ 0.5, foram produzidas através de um forno a arco e recozidas em altas temperaturas sob atmosferas inertes ou vácuo. Os resultados de difração de raios-X mostraram que a estrutura α-Mn é diretamente estabilizada nos materiais Re₃Ta e Re₃Nb como fundidos, e que o material Re₃W necessita do tratamento térmico em T = 1700 °C para adquirir fase única do tipo α-Mn. Nas amostras como fundidas, a substituição atômica parcial nas soluções sólidas Re₃M_xW_1-x promove a estabilização da estrutura NCS somente quando o teor de tungstênio está abaixo de 75% (x > 0.25). Acredita-se que duas fases supercondutoras emerjam no material centrossimétrico Re₃W como fundido, dada a observação de dois picos nos resultados de calor específico. Em contraste, após o recozimento, todos materiais NCS do tipo Re_1-yW_y, 0.25 ≤ y ≤ 0.28, mostram um único pico muito bem definido nos dados de calor específico. No entanto, o diagrama de fases HxT da amostra Re₃W contém uma bifurcação no limite de baixas temperaturas: duas linhas de fronteira delimitam a região onde as curvas de resistividade são quase independentes do campo magnético externo. O material Re₃Ta também exibe características anômalas em seu diagrama de fases HxT, apesar de todas outras propriedades físicas sugerirem supercondutividade convencional. Nas soluções sólidas Re₃M_0.5W_0.5 recozidas, as características em ρ(T, H) associadas ao efeito de pico (EP), onde um máximo na corrente crítica supercondutora J_c ocorre nas proximidades da linha de fronteira H_c2(T), são mais pronunciadas. Além disso, na região do EP, comportamentos irreversíveis e re-entrantes surgem nas curvas de magneto-transporte. Por outro lado, o EP é praticamente nulo nas propriedades magnéticas dos materiais Re₃M . Em suma, nossas principais descobertas são que os dados termodinâmicos em baixas temperaturas sugerem fortemente que a supercondutividade é convencional nos materiais NCS Re₃M e que os dados de transporte eletrônico magnético, perto da fronteira de fases, mostram características marcantes do efeito de pico em todos materiais de fase única e com estrutura do tipo α-Mn, sendo mais pronunciadas nos espécimes de soluções sólidas.