El verano pasado, se proclamó una nueva era para la superconductividad de alta temperatura:la edad del níquel. Se descubrió que existen superconductores prometedores en una clase especial de materiales, los llamados niquelatos, que puede conducir corriente eléctrica sin ninguna resistencia incluso a altas temperaturas.

Sin embargo, Pronto se hizo evidente que estos resultados inicialmente espectaculares de Stanford no podían ser reproducidos por otros grupos de investigación. TU Wien (Viena) ha descubierto ahora la razón de esto:en algunos niquelatos se incorporan átomos de hidrógeno adicionales a la estructura del material. Esto cambia por completo el comportamiento eléctrico del material. En la producción de los nuevos superconductores, este efecto ahora debe tenerse en cuenta.

La búsqueda de superconductores de alta temperatura

Algunos materiales solo son superconductores cerca de la temperatura absoluta cero; estos superconductores no son adecuados para aplicaciones técnicas. Por lo tanto, por décadas, la gente ha estado buscando materiales que sigan siendo superconductores incluso a temperaturas más altas. En la década de 1980, Se descubrieron "superconductores de alta temperatura". Lo que se denomina "altas temperaturas" en este contexto, sin embargo, todavía hace mucho frío:incluso los superconductores de alta temperatura deben enfriarse fuertemente para obtener sus propiedades superconductoras. Por lo tanto, continúa la búsqueda de nuevos superconductores a temperaturas aún más altas.

"Por mucho tiempo, se prestó especial atención a los llamados cupratos, es decir, compuestos que contienen cobre. Por eso también hablamos de la edad del cobre ", explica el profesor Karsten Held del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien. "Con estos cupratos, se hicieron algunos avances importantes, a pesar de que todavía hay muchas preguntas abiertas en la teoría de la superconductividad de alta temperatura en la actualidad ".

Pero desde hace algún tiempo también se han considerado otras posibilidades. Ya existía la llamada "edad del hierro" basada en superconductores que contienen hierro. En verano de 2019, El grupo de investigación del grupo de investigación de Harold Y. Hwang de Stanford logró demostrar la superconductividad a alta temperatura en los niquelatos. "Según nuestros cálculos, ya propusimos niquelatos como superconductores hace 10 años, pero eran algo diferentes de los que ahora se han descubierto. Están relacionados con los cupratos, pero contienen níquel en lugar de átomos de cobre, "dice Karsten Held.

El problema con el hidrógeno

Después de un entusiasmo inicial, sin embargo, En los últimos meses se ha hecho evidente que los superconductores de niquelato son más difíciles de producir de lo que se pensaba inicialmente. Otros grupos de investigación informaron que sus niquelatos no tienen propiedades superconductoras. Esta aparente contradicción se ha aclarado ahora en TU Wien.

"Analizamos los niquelatos con la ayuda de supercomputadoras y descubrimos que son extremadamente receptivos al hidrógeno en el material, "informa Liang Si (TU Viena). En la síntesis de ciertos niquelatos, se pueden incorporar átomos de hidrógeno, que cambia por completo las propiedades electrónicas del material. "Sin embargo, esto no sucede con todos los niquelatos, "dice Liang Si, "Nuestros cálculos muestran que para la mayoría de ellos, energéticamente es más favorable incorporar hidrógeno, pero no por los niquelatos de Stanford. Incluso pequeños cambios en las condiciones de síntesis pueden marcar la diferencia. ”El viernes pasado, el grupo alrededor de Ariando Ariando del NUS Singapur pudo informar que también lograron producir niquelatos superconductores. Dejaron escapar inmediatamente el hidrógeno que se libera en el proceso de producción.

Cálculo de la temperatura crítica con supercomputadoras

En TU Wien se están desarrollando y utilizando nuevos métodos de cálculo informático para comprender y predecir las propiedades de los niquelatos. "Dado que una gran cantidad de partículas físicas cuánticas siempre juegan un papel aquí al mismo tiempo, los cálculos son extremadamente complejos, "dice Liang Si, "Pero al combinar diferentes métodos, ahora incluso podemos estimar la temperatura crítica a la que los diversos materiales son superconductores. Estos cálculos confiables no han sido posibles antes ". En particular, el equipo de TU Wien pudo calcular el rango permitido de concentración de estroncio para el que los niquelatos son superconductores, y esta predicción se ha confirmado ahora en un experimento.

"La superconductividad de alta temperatura es un campo de investigación extremadamente complejo y difícil, ", dice Karsten Held." Los nuevos superconductores de niquelato, junto con nuestra comprensión teórica y el poder predictivo de los cálculos por computadora, abre una perspectiva completamente nueva sobre el gran sueño de la física del estado sólido:un superconductor a temperatura ambiente que, por lo tanto, funciona sin ningún tipo de enfriamiento ".