Los investigadores han descubierto una aleación de metal que puede conducir electricidad sin resistencia, o superconducto, desde la presión ambiental hasta presiones similares a las que existen cerca del centro de la Tierra. El material, que es probablemente el primero en mostrar este tipo de superconductividad robusta, se describe en un artículo en el 12 de diciembre, 2017, edición de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

El material es miembro de una nueva familia de aleaciones metálicas conocidas como aleaciones de alta entropía (HEA), que se componen de mezclas aleatorias a escala atómica de elementos del bloque de "metales de transición" en la tabla periódica. Los HEA son interesantes de múltiples maneras, incluyendo estructuralmente. Tienen estructuras cristalinas simples, pero los metales están dispuestos al azar en los puntos de la celosía, dando a cada aleación las propiedades de un vidrio y un material cristalino.

El HEA estudiado en este trabajo es único porque puede superconducir continuamente desde presiones bajas a altas, incluso cuando se somete a presiones similares a las que existen en el área exterior del núcleo de nuestro planeta. Este descubrimiento fue realizado por un grupo de científicos del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China y del Departamento de Química de la Universidad de Princeton. El HEA que estudiaron está compuesto por los metales tantalio (Ta), niobio (Nb), hafnio (Hf), circonio (Zr), y titanio (Ti).

"Hemos observado que este HEA permanece en un estado de resistencia eléctrica cero desde una barra de presión hasta la presión del núcleo exterior de la Tierra, sin cambios estructurales, "dijo uno de los investigadores principales del estudio, Profesor Liling Sun del Instituto de Física de Beijing, para Phys.org .

Robert Cava, el profesor de química Russell Wellman Moore en Princeton, otro autor principal, adicional, "Esto es algo extraordinario, no conocemos ningún otro material similar, y hace que este HEA sea un candidato prometedor para nuevas aplicaciones de superconductores en condiciones extremas".

La presión es una de las variables externas que pueden revelar características inesperadas en un material. En superconductores, por ejemplo, la aplicación de presión ha cambiado las temperaturas críticas (la temperatura por debajo de la cual un material se superconducirá) e indujo la superconductividad en materiales que de otra manera no exhibirían el fenómeno.

Aquí, el grupo aplicó presión al HEA usando una celda de yunque de diamante, un dispositivo que utiliza las caras pulidas de dos diamantes, uno de los materiales más duros de la Tierra, para exprimir una muestra colocada entre ellos. Para generar una presión suficientemente alta para realizar las mediciones en el HEA, el tamaño del culet de cada diamante, el "punto" en la parte inferior de la gema, era de 40 micrones (millonésimas de metro), que es aproximadamente la mitad del diámetro de un cabello humano.

Para rastrear los posibles cambios estructurales mientras la muestra estaba en la celda de yunque de diamante, el grupo utilizó difracción de rayos X (XRD) basada en sincrotrón en la Instalación de Radiación de Sincrotrón de Shanghai. La XRD permite a los investigadores obtener información estructural en una muestra cristalina basada en el patrón que hacen los rayos X después de que se difractan lejos de los átomos de la muestra. Combinaron estas técnicas con medidas complementarias de resistividad y magnetorresistencia para caracterizar la superconductividad.

Los resultados muestran que el HEA conserva su estructura cristalina básica, a pesar de que el volumen de la muestra se comprime considerablemente (por una medición, cuando la presión era de unos 96 GPa, el volumen se había reducido en aproximadamente un 28 por ciento).

Sol, Cava, y sus colegas atribuyen el comportamiento y la estabilidad únicos del material a su fuerte estructura cristalina, combinado con la naturaleza aparentemente robusta de su estructura electrónica cuando se somete a una gran cantidad de compresión reticular.

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