Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han aumentado significativamente la temperatura a la que los materiales a base de carbono actúan como superconductores, utilizando un nuevo material de carbono Q dopado con boro.
El récord anterior de superconductividad en diamantes dopados con boro fue de 11 Kelvin, o menos 439.60 grados Fahrenheit. Se descubrió que el carbono Q dopado con boro es superconductor de 37K a 57K, que es menos 356.80 grados F.
"Pasar de 11K a 57K es un gran salto para la superconductividad BCS convencional", dice Jay Narayan, Profesor Distinguido John C. Fan, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NC State y autor principal de dos artículos que describen el trabajo. BCS se refierea la teoría de la superconductividad de Bardeen-Cooper-Schrieffer.
Los materiales conductores normales conducen electricidad, pero gran parte de esa energía se pierde durante la transmisión. Los superconductores pueden manejar corrientes mucho más altas por centímetro cuadrado y prácticamente no pierden energía a través de la transmisión. Sin embargo, los superconductores solo tienen estas propiedades deseables a bajas temperaturas.lograr la superconductividad a temperaturas más altas, sin aplicar alta presión, es un área activa de investigación de materiales.
Para hacer el carbono Q dopado con boro, los investigadores cubren un sustrato con una mezcla de carbono amorfo y boro. La mezcla se golpea con un solo pulso láser que dura solo unos pocos nanosegundos. Durante este pulso, la temperatura deel carbono se eleva a 4.000 Kelvin y luego se apaga rápidamente.
"Al incorporar boro en el carbono Q, eliminamos las propiedades ferromagnéticas del material y le damos propiedades superconductoras", dice Narayan. "Hasta ahora, cada vez que aumentamos la cantidad de boro, la temperatura a la que el material retiene su superconductividadpropiedades ha aumentado.
"Este proceso aumenta la densidad de los estados portadores cerca del nivel de Fermi", en relación con el diamante dopado con boro, dice Narayan.
"El avance de los materiales aquí es que este proceso permite una concentración de boro en un material de carbono que es mucho más alta de lo que sería posible utilizando los métodos de equilibrio existentes, como la deposición química de vapor", dice Narayan. "Con los métodos de equilibrio, solo puedeincorpore el boro en el carbono Q al 2 por ciento atómico, dos de cada 100 átomos. Usando nuestro proceso de no equilibrio basado en láser, hemos alcanzado niveles tan altos como el 27 por ciento atómico ".
Esa mayor concentración de boro es lo que le da al material sus características de superconductividad a una temperatura más alta.
"El Laboratorio Nacional de Oak Ridge ha confirmado nuestros hallazgos sobre una mayor densidad de estados utilizando la espectroscopía de pérdida de energía de electrones", dice Narayan
"Planeamos optimizar el material para aumentar la temperatura a la que es superconductor", dice Narayan. "Este avance en la superconductividad a alta temperatura del Q-carbono es científicamente emocionante con un camino hacia la superconductividad a temperatura ambiente en una novela fuertemente unida,materiales de masa ligera. La superconductividad en Q-carbon tiene un significado especial para aplicaciones prácticas, ya que es transparente, súper dura y resistente, biocompatible, resistente a la erosión y la corrosión. Nada de eso existe hoy en día.
"Ya hay sistemas de refrigeración de helio de ciclo cerrado diseñados para su uso con superconductores que pueden alcanzar temperaturas fácilmente tan bajas como 10K", dice Narayan. "El carbono Q dopado con B puede manejar hasta 43 millones de amperios por centímetro cuadrado a21K en presencia de un campo magnético de dos Tesla. Dado que hemos demostrado una superconductividad a 57K, esto significa que el Q-carbono dopado ya es viable para aplicaciones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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