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, usando una novela, material Q-carbon dopado con boro.

El récord anterior de superconductividad en diamantes dopados con boro era de 11 Kelvin, o menos 439,60 grados Fahrenheit. Se ha descubierto 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, el profesor John C. Fan Distinguished Chair de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NC State y autor principal de dos artículos que describen el trabajo. BCS se refiere a la teoría de superconductividad de Bardeen-Cooper-Schrieffer.

Los materiales conductores regulares conducen la electricidad, pero mucha 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. Identificar formas de lograr la superconductividad a temperaturas más altas, sin aplicar alta presión, es un área activa de la investigación de materiales.

Para hacer el Q-carbon dopado con boro, los investigadores cubren un sustrato con una mezcla de carbono amorfo y boro. Luego, la mezcla se golpea con un solo pulso de láser que dura solo unos pocos nanosegundos. Durante este pulso, la temperatura del carbono se eleva a 4, 000 Kelvin y luego se apagó 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, ha aumentado la temperatura a la que el material conserva sus propiedades superconductoras.

"Este proceso aumenta la densidad de 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 de vapor químico, "Dice Narayan." Usando métodos de equilibrio, solo puede incorporar boro en Q-carbono hasta un 2 por ciento atómico, dos de cada 100 átomos. Usando nuestro láser, proceso de no equilibrio, 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 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 de alta temperatura del carbono Q es científicamente emocionante con un camino hacia la superconductividad a temperatura ambiente en una novela fuertemente ligada, materiales de masa ligera. La superconductividad en Q-carbon tiene un significado especial para aplicaciones prácticas, como es transparente, superduro y duro, biocompatible, resistente a la erosión y la corrosión. Nada de eso existe hoy.

"Ya existen 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 a 21K en presencia de un campo magnético de dos Tesla. Dado que hemos demostrado superconductividad a 57K, esto significa que el Q-carbon dopado ya es viable para aplicaciones ".

El artículo más reciente, "Un nuevo superconductor a base de carbono de alta temperatura:Q-Carbon dopado B, "se publica en el Revista de física aplicada . Un artículo anterior, "Superconductividad de alta temperatura en Q-Carbon dopado con boro, "se publica en la revista ACS Nano .