Cálculos realizados por un equipo internacional de investigadores de España, Italia, Francia, Alemania, y Japón muestran que la estructura cristalina del compuesto LaH10 superconductor récord se estabiliza mediante fluctuaciones atómicas cuánticas. Este resultado sugiere que la superconductividad que se acerca a la temperatura ambiente puede ser posible en compuestos ricos en hidrógeno a presiones mucho más bajas de lo que se esperaba anteriormente con los cálculos clásicos. Los resultados se publican hoy en Naturaleza .

Alcanzar la superconductividad a temperatura ambiente es uno de los mayores sueños de la física. Su descubrimiento traería una revolución tecnológica al proporcionar transporte eléctrico sin pérdidas, motores o generadores eléctricos ultraeficientes, así como la posibilidad de crear enormes campos magnéticos sin enfriamiento. Los recientes descubrimientos de superconductividad primero a 200 kelvin en sulfuro de hidrógeno y luego a 250 kelvin en LaH10 han estimulado la atención hacia estos materiales. trayendo esperanzas de alcanzar pronto la temperatura ambiente. Ahora está claro que los compuestos ricos en hidrógeno pueden ser superconductores de alta temperatura. Al menos a altas presiones:ambos descubrimientos se realizaron por encima de 100 gigapascales, un millón de veces la presión atmosférica.

Los 250 kelvin (-23ºC) obtenidos en LaH10, la temperatura habitual a la que funcionan los congeladores domésticos, es la temperatura más caliente para la que se haya observado superconductividad. La posibilidad de superconductividad a alta temperatura en LaH10, un superhidruro formado por lantano e hidrógeno, fue anticipado por las predicciones de la estructura cristalina en 2017. Estos cálculos sugirieron que por encima de 230 gigapascales un compuesto LaH10 altamente simétrico (grupo espacial Fm-3m), con una jaula de hidrógeno que encierra los átomos de lantano (ver figura), se formaría. Se calculó que esta estructura se distorsionaría a presiones más bajas, rompiendo el patrón altamente simétrico. Sin embargo, Los experimentos realizados en 2019 pudieron sintetizar el compuesto altamente simétrico a presiones mucho más bajas, de 130 y 220 gigapascales, y medir la superconductividad alrededor de 250 kelvin en este rango de presión. La estructura cristalina del superconductor de registro, y por tanto su superconductividad, por lo tanto, no quedó del todo claro.

Ahora, gracias a los nuevos resultados publicados en Naturaleza , sabemos que las fluctuaciones cuánticas atómicas "pegan" la estructura simétrica de LaH10 en todo el rango de presión en el que se ha observado la superconductividad. Con más detalle, los cálculos muestran que si los átomos se tratan como partículas clásicas, es decir, como simples puntos en el espacio, muchas distorsiones de la estructura tienden a reducir la energía del sistema. Esto significa que el panorama energético clásico es muy complejo, con muchos mínimos (ver figura), como un colchón muy deformado porque hay mucha gente de pie sobre él. Sin embargo, cuando los átomos se tratan como objetos cuánticos, que se describen con una función de onda deslocalizada, el panorama energético está completamente remodelado:solo un mínimo es evidente (ver figura), que corresponde a la estructura altamente simétrica Fm-3m. De alguna manera, los efectos cuánticos eliminan a todos en el colchón menos a una persona, que deforma el colchón en un solo punto.

Es más, las estimaciones de la temperatura crítica utilizando el panorama de la energía cuántica concuerdan satisfactoriamente con la evidencia experimental. Esto respalda aún más la estructura de alta simetría Fm-3m como responsable del registro superconductor.