Investigadores del Instituto Max Planck de Química en Mainz y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania observaron que el sulfuro de hidrógeno se vuelve superconductor a menos 70 grados Celsius, cuando la sustancia se coloca a una presión de 1,5 millones de bares. Esto corresponde a la mitad dela presión del núcleo de la Tierra. Con sus experimentos de alta presión, los investigadores de Mainz no solo establecieron un nuevo récord de superconductividad, sino que sus hallazgos también destacaron una nueva forma potencial de transportar corriente a temperatura ambiente sin pérdida. Su artículo científico "La superconductividad convencional a 203 K a altas presiones "se publicó en la revista Naturaleza el 17 de agosto de 2015.
Para muchos físicos de estado sólido, los superconductores que son adecuados para su uso a temperatura ambiente siguen siendo un sueño. Hasta ahora, los únicos materiales que se sabe que conducen corriente sin resistencia eléctrica y, por lo tanto, no lo hicieron solo a temperaturas muy bajas.En consecuencia, las cerámicas especiales de óxido de cobre, llamadas cupratos, tomaron las primeras posiciones en términos de temperatura de transición, es decir, la temperatura a la que el material pierde su resistencia. El récord para una cerámica de este tipo es aproximadamente menos 140 grados Celsius en condiciones normalespresión de aire y menos 109 grados Celsius a alta presión. En la cerámica, se produce una forma especial y no convencional de superconductividad. Para la superconductividad convencional, hasta ahora han sido necesarias temperaturas de al menos menos 234 grados Celsius.
Un equipo dirigido por el Dr. Mikhael Eremets, jefe del grupo de trabajo "Química y física de alta presión" en el Instituto Max Planck de Química, trabajando en colaboración con el Dr. Vadim Ksenofontov und Sergii Shylin del Instituto de Química Inorgánica y AnalíticaLa química en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz ahora ha observado superconductividad convencional a menos 70 grados Celsius en sulfuro de hidrógeno H 2 S.Sin embargo, para convertir la sustancia, que es un gas en condiciones normales, en un metal superconductor, los científicos tuvieron que someterla a una presión de 1,5 megabar o 1,5 millones de bares.
"Con nuestros experimentos hemos establecido un nuevo récord para la temperatura a la que un material se vuelve superconductor", dijo el Dr. Mikhael Eremets. Su equipo también ha sido el primero en demostrar en un experimento que hay superconductores convencionales con una alta transicióntemperatura. Los cálculos teóricos ya lo habían predicho para ciertas sustancias, incluido el sulfuro de hidrógeno. "Hay mucho potencial en la búsqueda de otros materiales en los que la superconductividad convencional se produce a altas temperaturas", enfatizó el físico. "En teoría, no hay límite para la transicióntemperatura de los superconductores convencionales, y nuestros experimentos dan razones para esperar que la superconductividad pueda ocurrir incluso a temperatura ambiente ".
Los investigadores generaron la presión extremadamente alta requerida para hacer que el sulfuro de hidrógeno sea superconductor a temperaturas negativas relativamente moderadas en una cámara de presión especial de tamaño inferior a un centímetro cúbico. Las dos puntas de diamante en el costado, que actúan como yunques, pueden constantementeaumentar la presión a la que está sujeta la muestra. La celda está equipada con contactos para medir la resistencia eléctrica de la muestra. En otra celda de alta presión, los investigadores pudieron investigar las propiedades magnéticas de un material que también cambia en la transiciónDespués de que los investigadores llenaron la cámara de presión con sulfuro de hidrógeno líquido, aumentaron gradualmente la presión que actuaba sobre la muestra hasta aproximadamente dos megabares y cambiaron la temperatura para cada nivel de presión. Tomaron medidas de resistencia y magnetización para determinar el material.temperatura de transición Las medidas de magnetización proporcionan información muy útil.n, porque un superconductor posee propiedades diamagnéticas ideales.El Dr. Vadim Ksenofontov y Sergii Shylin, del Instituto de Química Inorgánica y Química Analítica de la Universidad de Mainz, pudieron así demostrar que el mecanismo utilizado puede describirse como superconductividad convencional.Realizaron análisis magnéticos de alta presión para medir el efecto Meissner.Para este experimento, desarrollaron celdas especiales de alta presión que permiten determinar parámetros específicos en el campo magnético con gran precisión.
Los investigadores creen que son principalmente los átomos de hidrógeno los responsables de que el sulfuro de hidrógeno pierda su resistencia eléctrica a alta presión a temperaturas relativamente altas: los átomos de hidrógeno oscilan en la red con la frecuencia más alta de todos los elementos, porque el hidrógeno es el más ligero.Las oscilaciones de la red determinan la superconductividad convencional, y lo hacen de manera más efectiva cuanto más rápido oscilan los átomos, los materiales con alto contenido de hidrógeno exhiben una temperatura de transición relativamente alta. Además, los enlaces fuertes entre los átomos aumentan la temperatura a la que un materialse vuelve superconductor. Estas condiciones se cumplen en H 3 S, y es precisamente este compuesto el que se desarrolla a partir de H 2 S a alta presión
Los investigadores con sede en Mainz ahora buscan materiales con temperaturas de transición aún más altas. Aumentar la presión que actúa sobre el sulfuro de hidrógeno por encima de 1,5 megabar no es útil en este caso. Esto no solo ha sido calculado por físicos teóricos, sino que ahora también ha confirmadoen experimentos realizados por el equipo en Mainz. A temperaturas aún más altas, la estructura de los electrones cambia de tal manera que la temperatura de transición comienza a disminuir. "Un candidato obvio para una temperatura de transición alta es el hidrógeno puro", dijo Eremets.que se volvería superconductor a temperatura ambiente bajo alta presión ". Su equipo ya ha comenzado a experimentar con hidrógeno puro, pero los experimentos son muy difíciles ya que requieren presiones de tres a cuatro megabares".
"Nuestra investigación sobre el sulfuro de hidrógeno, sin embargo, ha demostrado que muchos materiales ricos en hidrógeno pueden tener una temperatura de transición alta", resumió Eremets. Incluso puede ser posible realizar un superconductor de alta temperatura que valga el nombre en términos de temperatura comúnpercepción sin alta presión. Los investigadores de Mainz actualmente necesitan la alta presión para convertir materiales que actúan como aislantes eléctricos como el sulfuro de hidrógeno en metales ". Puede haber polímeros u otros compuestos ricos en hidrógeno que se pueden convertir en metales de alguna otra manera y convertirse ensuperconductores a temperatura ambiente ", dijo el físico. Si se pueden encontrar dichos materiales, finalmente tendremos superconductores que se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones técnicas.
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Materiales proporcionado por Universität Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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