En una serie de experimentos sobre superhidruro de lantano con impurezas, investigadores de Skoltech, Lebedev Physical Institute of RAS y sus colegas de los Estados Unidos, Alemania y Japón, han establecido el mecanismo detrás de la superconductividad de temperatura más alta en polihidruros observado hasta la fecha. Reportado en Materiales Avanzados , el descubrimiento allana el camino para futuros estudios que busquen materiales que conduzcan electricidad con resistencia cero a temperatura ambiente o cerca de ella. Serían útiles para la electrónica superconductora y las computadoras cuánticas, los trenes de levitación magnética, las máquinas de resonancia magnética, los aceleradores de partículas y quizás incluso los reactores de fisión nuclear y las líneas eléctricas sin pérdidas, si te gustan ese tipo de cosas.

Si no son el Santo Grial de la ciencia de los materiales, los superconductores a temperatura cercana a la temperatura ambiente se encuentran sin duda entre los materiales más buscados con aplicaciones tecnológicas. Si se descubre, dicho material habilitaría electroimanes monstruosos que podrían usarse en instrumentos de investigación fundamentales, como sensores magnéticos ultraprecisos y aceleradores de partículas que harían que el Gran Colisionador de Hadrones pareciera insignificante, así como en tecnología médica (mejores escáneres de resonancia magnética), magnéticos trenes de levitación, motores y generadores en miniatura y dispositivos de batería de larga duración. Entre las aplicaciones más futuristas se encuentran las líneas de transmisión de energía de larga distancia que suministrarían electricidad casi sin pérdidas.

Teóricamente, el hidrógeno puro debería ser el mejor superconductor de alta temperatura, siempre que se pueda apretar lo suficiente para convertirlo en metal. Pero eso es todo un desafío, por decir lo menos. Entonces, en cambio, los científicos están explorando compuestos que contienen elementos adicionales, además de mucho hidrógeno. De esa manera están sacrificando parte de la temperatura para traer las presiones necesarias para estabilizar el material superconductor hacia abajo y hacia el reino de lo que es tecnológicamente posible.

"En este momento, superhidruro de lantano LaH₁₀ es el principal contendiente en esta carrera de superconductores, con una temperatura crítica de menos 23 grados centígrados", comentó el investigador principal del estudio, el profesor Skoltech Artem R. Oganov. "Esto es muy impresionante, pero para ir aún más alto, primero tuvimos que entender cómo funciona la superconductividad en este material. Ahora lo hacemos".

Existen múltiples mecanismos que pueden permitir la conductividad eléctrica con resistencia cero. La mejor entendida se llama superconductividad convencional mediada por fonones. Surge en virtud de las interacciones de los electrones con las oscilaciones de la red cristalina. La teoría bien establecida de la superconductividad convencional se puede utilizar para mejorar el superhidruro de lantano, tal vez mediante la introducción de un tercer elemento crucial para crear un nuevo compuesto de hidrógeno y otros dos elementos bien elegidos.

"El problema era que, hasta ahora, no existía ningún modelo de sistemas superconductores ternarios para descubrir cuánto podemos mejorar las propiedades superconductoras de los polihidruros. Por lo tanto, había una gran cantidad de incertidumbre que obstaculizaba y oscurecía el progreso en la búsqueda de espacio cercano". -superconductividad de temperatura. Hemos despejado el camino al eliminar esta incertidumbre", dijo Oganov.

Su equipo estableció el comportamiento de la superconductividad en el superhidruro de lantano basándose en el teorema de Anderson, ampliamente aceptado. Establece que los superconductores convencionales, y solo ellos, conservan sus propiedades cuando se introduce una impureza no magnética, pero sufren una disminución en la temperatura crítica de la superconductividad cuando se dopan con impurezas magnéticas.

"Habiendo confirmado en un artículo anterior que la adición de itrio, que no es magnético, no afecta la temperatura crítica de superconductividad en LaH₁₀ , dopamos este material con el neodimio magnético en su lugar. Y efectivamente, cuantos más átomos de neodimio se añadían, más se suprimía la superconductividad, destruyéndola en última instancia con un contenido de Nd del 15 al 20 por ciento atómico", dijo Dmitrii Semenok, estudiante de doctorado en Skoltech y autor principal del estudio. .

Según los investigadores, ahora tenemos una mejor comprensión de cómo las impurezas afectarán la superconductividad en los hidruros y podemos predecir las propiedades de muchos de estos sistemas de hidruros ternarios. El equipo se basará en las conclusiones establecidas para predecir, sintetizar y probar nuevos compuestos ricos en hidrógeno de tres elementos, con la esperanza de mejorar el superhidruro de lantano al aumentar su temperatura crítica, reducir la presión de síntesis o ambas cosas.

La investigación sobre compuestos de hidruro anómalos ha hecho mucho para mejorar nuestra comprensión y disipar los conceptos erróneos sobre la superconductividad. Gran parte de esta investigación ha hecho uso de USPEX, un programa informático desarrollado por Oganov para predecir los compuestos en gran parte contradictorios que existen a presiones muy altas. + Explora más

Nuevos hidruros ternarios de lantano e itrio se suman a las filas de los superconductores de alta temperatura