Desde hace más de 65 años, El boruro de niobio (NbB) se ha considerado un ejemplo clásico de material superconductor. Esta suposición, registrados en manuales de física de la materia condensada y artículos en revistas científicas, ahora ha sido impugnada en un estudio realizado por investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) en Brasil y de la Universidad Estatal de San Diego en los Estados Unidos.
En un artículo publicado en Materiales de revisión física , los investigadores muestran que la superconductividad detectada hasta ahora no se debe a NbB. Las propiedades superconductoras se asociaron con filamentos de niobio casi puro que serpenteaban alrededor de los granos de NbB en las muestras estudiadas.
El investigador principal del estudio fue Renato de Figueiredo Jardim de la Universidad de São Paulo. "Sabemos que el elemento niobio (Nb) por sí solo es superconductor cuando se enfría a temperaturas muy bajas en el rango de 9.2 kelvins, "Jardim dijo." Ahora, hemos descubierto que este no es el caso de NbB. Las muestras de NbB contienen una gran fracción volumétrica de NbB pero también una pequeña cantidad de Nb casi puro. En los materiales estudiados coexisten dos fases cristalinas distintas. Esta fase minoritaria, que comprende aproximadamente 98 por ciento de niobio y 2 por ciento de boro, es lo que se comporta como un superconductor ".
En las imágenes de microscopio electrónico reproducidas en el artículo, los filamentos blancos corresponden a la fase minoritaria que consta de aproximadamente un 98 por ciento de niobio y un 2 por ciento de boro. La notación utilizada para caracterizar esta composición es Nb 0,98 B 0,02 . Las áreas grises, correspondiente a la fracción volumétrica mayor, son NbB.
Los autores señalan que incluso si ocurre en una pequeña fracción volumétrica, la fase minoritaria (Nb 0,98 B 0,02 ) es superconductora y forma una malla tridimensional a través de la cual la corriente eléctrica puede pasar de un extremo del material al otro. Es muy probable que esta característica haya engañado a los investigadores que previamente investigaron NbB, quienes, por lo tanto, encontraron que el material era superconductor a temperaturas por debajo de aproximadamente 9 kelvin.
Como explica Jardim, la identificación de la estructura reticular de NbB mediante microscopía electrónica de barrido proporcionó una prueba cualitativa de la propiedad basada en evidencia visual. "Pero este punto por sí solo fue insuficiente para confirmar nuestra hipótesis, ", señaló." Tuvimos que ir más allá en busca de pruebas cuantitativas. Lo hicimos aplicando un modelo termodinámico a los datos tomados de los materiales estudiados, y de esta manera obtuvimos la prueba que buscamos ".
Desde el punto de vista macroscópico, La superconductividad es una propiedad de ciertos materiales que, cuando se enfría por debajo de una temperatura determinada, Conducir electricidad sin pérdida de energía, es decir, con cero resistencia eléctrica.
Las aplicaciones tecnológicas de la superconductividad son bastante conocidas en la actualidad. La aplicación principal es en bobinas fabricadas con alambre superconductor. Cuando tal bobina se enfría y se aísla térmicamente, una corriente eléctrica aplicada fluye a través de él indefinidamente, generando campos magnéticos sin disipación de energía. Este tipo de dispositivo se utiliza en equipos de imágenes por resonancia magnética (MRI), que se ha convertido en un lugar común.
"La tecnología ha avanzado mucho en los últimos años, "Jardim dijo." Un tipo especial de matraz de vacío llamado dewar se utiliza para el almacenamiento criogénico con una temperatura interna al nivel del helio líquido, que es 4,2 kelvin (aproximadamente menos 270 ° C). Estos Dewars están disponibles comercialmente y se pueden usar para refrigerar bobinas superconductoras ".
Según Jardim, Actualmente no se prevén aplicaciones tecnológicas para NbB. Sin embargo, él dice, "Un 'primo' de NbB, diboruro de magnesio (MgB 2 ), ha despertado un gran interés desde la última década. Nuestra investigación puede contribuir a su aplicación tecnológica ".
Superconductores y diamagnetismo
Junto a esta propiedad macroscópica, Jardim dice, hay otra propiedad macroscópica llamada "perfecto, "por el cual el campo magnético interior del superconductor se excluye completamente cuando el material se coloca en un campo magnético externo.
El diamagnetismo está presente en todos los materiales. Sin embargo, a menudo es tan débil que su manifestación está enmascarada por otros, respuestas magnéticas más robustas, como el ferromagnetismo, en el que el material es atraído por un campo magnético externo, y paramagnetismo, en el que los dipolos magnéticos atómicos del material se alinean en paralelo al campo magnético externo.
Cuando la respuesta diamagnética es suficientemente fuerte, como en un superconductor, la repulsión debida al campo magnético puede hacer que el material levite. Este fenómeno se ha hecho famoso recientemente. "El diamagnetismo se puede ver como la generación de una corriente en la superficie del material que da como resultado un campo magnético de la misma magnitud que el campo magnético externo que se está aplicando pero que actúa en la dirección opuesta. Es como si el material se expulsara de su interior del campo magnético en el que está inmerso, "Jardim explicó.
