El verano pasado, se proclamó una nueva era para la superconductividad a alta temperatura: la edad del níquel. Se descubrió que hay superconductores prometedores en una clase especial de materiales, los llamados nicquelatos, que pueden conducir corriente eléctrica sin resistenciaincluso a altas temperaturas.
Sin embargo, pronto se hizo evidente que estos resultados inicialmente espectaculares de Stanford no podían ser reproducidos por otros grupos de investigación. TU Wien Viena ahora ha encontrado la razón de esto: en algunos nickelatos se incorporan átomos de hidrógeno adicionales en la estructura del material.Esto cambia completamente el comportamiento eléctrico del material. En la producción de los nuevos superconductores, este efecto ahora debe tenerse en cuenta.
La búsqueda de superconductores de alta temperatura
Algunos materiales solo son superconductores cerca de la temperatura absoluta cero, tales superconductores no son adecuados para aplicaciones técnicas. Por lo tanto, durante décadas, las personas han estado buscando materiales que permanecen superconductores incluso a temperaturas más altas. En la década de 1980, "superconductores de alta temperatura"fueron descubiertos. Lo que se conoce como" altas temperaturas "en este contexto, sin embargo, todavía es muy frío: incluso los superconductores de alta temperatura deben enfriarse fuertemente para obtener sus propiedades superconductoras. Por lo tanto, la búsqueda de nuevos superconductores inclusotemperaturas más altas continúan.
"Durante mucho tiempo, se prestó especial atención a los llamados cupratos, es decir, compuestos que contienen cobre. Es por eso que también hablamos de la edad del cobre", explica el profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien"Con estos cupratos, se hicieron algunos progresos importantes, a pesar de que todavía hay muchas preguntas abiertas en la teoría de la superconductividad de alta temperatura en la actualidad".
Pero desde hace algún tiempo, también se han considerado otras posibilidades. Ya existía una llamada "edad de hierro" basada en superconductores que contienen hierro. En el verano de 2019, el grupo de investigación del grupo de investigación de Harold Y. Hwang de Stanfordluego logró demostrar la superconductividad a alta temperatura en los nickelatos ". Según nuestros cálculos, ya propusimos los nickelatos como superconductores hace 10 años, pero eran algo diferentes de los que ahora se han descubierto. Están relacionados con los cupratos, pero contienen níquelen lugar de átomos de cobre ", dice Karsten Held.
El problema con el hidrógeno
Sin embargo, después de un cierto entusiasmo inicial, se ha hecho evidente en los últimos meses que los superconductores de nickelato son más difíciles de producir de lo que se pensaba inicialmente. Otros grupos de investigación informaron que sus niquelatos no tienen propiedades superconductoras. Esta aparente contradicción ahora se ha aclarado en TUViena
"Analizamos los nickelatos con la ayuda de supercomputadoras y descubrimos que son extremadamente receptivos al hidrógeno en el material", informa Liang Si TU Vienna. En la síntesis de ciertos nickelatos, se pueden incorporar átomos de hidrógeno, que cambian por completolas propiedades electrónicas del material. "Sin embargo, esto no sucede con todos los nickelatos", dice Liang Si, "Nuestros cálculos muestran que para la mayoría de ellos, es energéticamente más favorable incorporar hidrógeno, pero no para los nickelatos de Stanford.Incluso pequeños cambios en las condiciones de síntesis pueden marcar la diferencia ". El viernes pasado 24.04.2020 el grupo alrededor de Ariando Ariando del NUS Singapur podría informar que también tuvieron éxito en la producción de nickelatos superconductores. Dejaron el hidrógeno que se libera en elproceso de producción escapar de inmediato.
Cálculo de la temperatura crítica con supercomputadoras
En TU Wien se están desarrollando y utilizando nuevos métodos de cálculo por computadora para comprender y predecir las propiedades de los nicquelatos. "Dado que una gran cantidad de partículas físicas cuánticas siempre juegan un papel aquí al mismo tiempo, los cálculos son extremadamente complejos".dice Liang Si, "pero combinando diferentes métodos, ahora podemos incluso estimar la temperatura crítica hasta la cual los diversos materiales son superconductores. Tales cálculos confiables no han sido posibles antes". En particular, el equipo de TU Wien pudopara calcular el rango permitido de concentración de estroncio para el cual los nickelatos son superconductores, y esta predicción ahora se ha confirmado en el experimento.
"La superconductividad a alta temperatura es un campo de investigación extremadamente complejo y difícil", dice Karsten Held. "Los nuevos superconductores de nickelato, junto con nuestra comprensión teórica y el poder predictivo de los cálculos por computadora, abren una perspectiva completamente nueva sobre el gransueño de la física del estado sólido: un superconductor a temperatura ambiente que, por lo tanto, funciona sin enfriamiento "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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