Nuevo récord de temperatura para un superconductor

Nuevo récord de temperatura para un superconductor

Los pares de electrones de Cooper son necesarios para los superconductores tradicionales.

Los pares de electrones de Cooper son necesarios para los superconductores tradicionales.

La superconductividad se observó por primera vez en metales enfriados hasta casi el cero absoluto. Pero después de agotar todos los metales de la tabla periódica, la temperatura crítica a la que el metal pasa a la superconductividad nunca se ha alejado mucho de esas temperaturas extremadamente bajas.

Esto cambió drásticamente con el desarrollo de los superconductores de cuprato, cerámicas que contienen cobre que podrían ser superconductoras en nitrógeno líquido, todavía muy frías (138 K o -135 °C), pero relativamente fáciles de fabricar. Pero el progreso se ha estancado, en parte porque no tenemos una teoría sólida para explicar la superconductividad en estos materiales.

Ahora, aprovechando que tenemos hacer entender lo que sucede en los metales superconductores, un equipo de investigación alemán ha alcanzado un nuevo récord de temperatura crítica: 203K, o -70°C, una temperatura que a veces se encuentra en las regiones polares. El material que utilizaron, sin embargo, no es un metal que aparezca en la tabla periódica. De hecho, ni siquiera están seguros de cuál es el material, solo que se forma a partir de sulfuro de hidrógeno a presiones extremas.

El trabajo se basa en la teoría de la superconductividad de Bardeen-Cooper-Schrieffer, en la que los electrones forman pares, lo que permite que grandes poblaciones de electrones se comporten como un solo objeto cuántico (como un condensado de Bose). Einstein, si eso significa algo para ti) . Este estado requiere interacciones con fonones, las unidades cuánticas de vibración, en el material superconductor.

Los elementos más ligeros pueden vibrar más rápido, lo que permite un acoplamiento más fácil con los electrones. Se pensó que el hidrógeno metálico podría ser superconductor a temperaturas relativamente altas. Desafortunadamente, ni siquiera estamos seguros de que exista hidrógeno metálico, pero los investigadores han sugerido que los productos químicos con mucho hidrógeno podrían ser la solución. Aunque no son metales en condiciones normales, pueden comprimirse a un estado metálico bajo presión extrema.

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Para el nuevo trabajo, los autores se decidieron por el sulfuro de hidrógeno, el químico detrás del olor a huevos podridos. Esto se debió en parte a que es fácil trabajar con él y en parte a los cálculos que sugirieron que podría ser un superconductor prometedor. Al enfriar el químico, lo convirtieron en un líquido, que luego pasaron por un yunque de diamante, que puede generar una presión extrema. En este caso, el yunque tenía plomadas de platino en su superficie, lo que permitía realizar mediciones eléctricas de su contenido.

A 50 GigaPascales (unas 500.000 veces la presión atmosférica de hace), el material se ha convertido en un semiconductor. A 96 GigaPascales (950.000 atmósferas), se vuelve metálico. La caída de temperatura en este punto lo convirtió en un superconductor. Los investigadores midieron con mucha precisión dónde tuvo lugar esta transición y encontraron un número sorprendentemente alto: 203K.

Los autores también probaron si los fonones activados por hidrógeno de alta frecuencia eran esenciales para este proceso. Para hacer esto, reemplazaron el hidrógeno con deuterio, un isótopo más pesado. El sulfuro de deuterio también podría ser un superconductor, pero la temperatura crítica era más fría, por lo que no lo hizo de manera tan eficiente.

El mayor problema con todo el experimento es que no sabemos exactamente qué sustancia química está causando la superconductividad. «La transformación [to a metal] se complica por la disociación parcial de H2S y la aparición de azufre elemental”, escriben los autores. Con base en la presencia de azufre, debe liberarse hidrógeno, por lo que los autores proponen que en lugar de H2S, se forme H3S a estas presiones.

Esto es algo que querrán volver y confirmar. Porque si bien estas temperaturas son fantásticas, se pueden lograr con refrigeradores de laboratorio estándar, las presiones requieren un hardware bastante exótico que solo puede crear muestras diminutas a la vez. La esperanza, sin embargo, es que no sea una curiosidad académica. Si sabemos con precisión lo que sucede en este material, podríamos diseñar productos químicos que formen una estructura similar en condiciones menos extremas.

Naturaleza2015. DOI: 10.1038/nature14964 (Acerca de los DOI).

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