Los datos de los rayos X permitieron a los científicos construir un modelo de la estructura cristalina del material. Crédito:Drozdov et al.
Los científicos de la Universidad de Chicago forman parte de un equipo de investigación internacional que ha descubierto la superconductividad, la capacidad de conducir la electricidad a la perfección, a las temperaturas más altas jamás registradas.
Usando tecnología avanzada en el Laboratorio Nacional Argonne afiliado a UChicago, El equipo estudió una clase de materiales en los que observaron superconductividad a temperaturas de aproximadamente menos 23 grados Celsius (menos 9 grados Fahrenheit, 250 K):un salto de unos 50 grados en comparación con el récord confirmado anterior.
Aunque la superconductividad ocurrió bajo una presión extremadamente alta, el resultado aún representa un gran paso hacia la creación de superconductividad a temperatura ambiente, el objetivo final para que los científicos puedan utilizar este fenómeno para tecnologías avanzadas. Los resultados fueron publicados el 23 de mayo en la revista Naturaleza ; Vitali Prakapenka, profesor de investigación en la Universidad de Chicago, y Eran Greenberg, un becario postdoctoral en la Universidad de Chicago, son coautores de la investigación.
Así como un alambre de cobre conduce la electricidad mejor que un tubo de goma, ciertos tipos de materiales son mejores para volverse superconductores, un estado definido por dos propiedades principales:el material ofrece una resistencia cero a la corriente eléctrica y no puede ser penetrado por campos magnéticos. Los usos potenciales de esto son tan vastos como emocionantes:cables eléctricos sin corrientes decrecientes, superordenadores extremadamente rápidos y trenes de levitación magnética eficientes.
Pero los científicos anteriormente solo habían podido crear materiales superconductores cuando se enfrían a temperaturas extremadamente frías; inicialmente, menos 240 grados Celsius y más recientemente alrededor de menos 73 grados Celsius. Dado que tal enfriamiento es costoso, ha limitado sus aplicaciones en el mundo en general.
Las predicciones teóricas recientes han demostrado que una nueva clase de materiales de hidruros superconductores podría allanar el camino para la superconductividad a temperaturas más altas. Investigadores del Instituto Max Planck de Química en Alemania se unieron a investigadores de la Universidad de Chicago para crear uno de estos materiales, llamados superhídridos de lantano, probar su superconductividad, y determinar su estructura y composición.
Los científicos bombardearon una muestra de un nuevo material superconductor con rayos X para estudiar su estructura en la Fuente de Fotones Avanzada en el Laboratorio Nacional de Argonne. La fluorescencia de rayos X crea un color verdoso en la muestra (centro). Crédito:Drozdov et al.
El único inconveniente era que el material debía colocarse bajo una presión extremadamente alta, entre 150 y 170 gigapascales, más de un millón y medio de veces la presión al nivel del mar. Sólo bajo estas condiciones de alta presión, el material, una pequeña muestra de solo unas pocas micras de diámetro, exhibió superconductividad a la nueva temperatura récord.
De hecho, el material mostró tres de las cuatro características necesarias para probar la superconductividad:dejó caer su resistencia eléctrica, disminuyó su temperatura crítica bajo un campo magnético externo y mostró un cambio de temperatura cuando algunos elementos fueron reemplazados por diferentes isótopos. La cuarta característica, llamado efecto Meissner, en el que el material expulsa cualquier campo magnético, no fue detectado. Eso es porque el material es tan pequeño que no se pudo observar este efecto, dijeron los investigadores.
Utilizaron la fuente de fotones avanzada en el laboratorio nacional de Argonne, que proporciona ultrabrillante, haces de rayos X de alta energía que han permitido avances en todo, desde mejores baterías hasta comprender el interior profundo de la Tierra, analizar el material. En el experimento, investigadores del Centro de Fuentes de Radiación Avanzadas de la Universidad de Chicago exprimieron una pequeña muestra del material entre dos pequeños diamantes para ejercer la presión necesaria, luego usó los rayos X de la línea de luz para sondear su estructura y composición.
Debido a que las temperaturas utilizadas para realizar el experimento se encuentran dentro del rango normal de muchos lugares del mundo, eso hace que el objetivo final de la temperatura ambiente, o al menos 0 grados Celsius, parezca estar al alcance.
El equipo ya continúa colaborando para encontrar nuevos materiales que puedan crear superconductividad en condiciones más razonables.
"Nuestro próximo objetivo es reducir la presión necesaria para sintetizar muestras, para acercar la temperatura crítica a la ambiente, y tal vez incluso crear muestras que podrían sintetizarse a altas presiones, pero aún superconducto a presiones normales, ", Dijo Prakapenka." Continuamos buscando compuestos nuevos e interesantes que nos traerán nuevos, y a menudo inesperado, descubrimientos ".
