Los científicos de la Universidad de Rice han determinado que el boro bidimensional es un superconductor natural de baja temperatura. De hecho, puede ser el único material 2-D con tal potencial.

El físico teórico de Rice, Boris Yakobson, y sus compañeros de trabajo publicaron sus cálculos que muestran que el boro atómicamente plano es metálico y transmitirá electrones sin resistencia. El trabajo aparece este mes en la revista American Chemical Society. Nano letras .

El enganche como ocurre con la mayoría de los materiales superconductores, es que pierde su resistividad solo cuando hace mucho frío, en este caso entre 10 y 20 kelvin (aproximadamente, -430 grados Fahrenheit). Pero para hacer circuitos superconductores muy pequeños, podría ser el único juego en la ciudad.

El fenómeno básico de la superconductividad se conoce desde hace más de 100 años, dijo Evgeni Penev, un científico investigador del grupo Yakobson, pero no se había probado su presencia en boro atómicamente plano.

"Es bien sabido que el material es bastante ligero porque la masa atómica es pequeña, "Dijo Penev." Si es metálico también, estos son dos requisitos previos importantes para la superconductividad. Eso significa a bajas temperaturas, los electrones pueden emparejarse en una especie de danza en el cristal ".

"La menor dimensionalidad también es útil, "Dijo Yakobson." Puede ser el único, o uno de muy pocos, metales bidimensionales. Entonces, hay tres factores que nos dieron la motivación inicial para continuar con la investigación. Luego nos emocionamos más y más a medida que nos adentramos ".

Los electrones con momentos y espines opuestos se convierten efectivamente en pares de Cooper; se atraen entre sí a bajas temperaturas con la ayuda de vibraciones de celosía, los llamados "fonones, "y dar al material sus propiedades superconductoras, Dijo Penev. "La superconductividad se convierte en una manifestación de la función de onda macroscópica que describe toda la muestra. Es un fenómeno asombroso, " él dijo.

No fue completamente casual que el primer artículo teórico que establecía la conductividad en un material 2-D apareciera aproximadamente al mismo tiempo que las primeras muestras del material fueron hechas por laboratorios en los Estados Unidos y China. De hecho, un artículo anterior del grupo Yakobson había ofrecido una hoja de ruta para hacerlo.

Que se haya producido boro 2-D ahora es algo bueno, según Yakobson y los autores principales Penev y Alex Kutana, investigador postdoctoral en Rice. "Hemos trabajado para caracterizar el boro durante años, desde grupos de jaulas hasta nanotubos y hojas de cepillado, pero el hecho de que estos artículos aparecieran tan juntos significa que estos laboratorios ahora pueden probar nuestras teorías, "Dijo Yakobson.

"En principio, este trabajo también podría haberse realizado hace tres años, ", dijo." Entonces, ¿por qué no lo hicimos? Porque el material seguía siendo hipotético; okey, teóricamente posible, pero no teníamos una buena razón para llevarlo demasiado lejos.

"Pero luego, el otoño pasado, quedó claro a partir de las reuniones e interacciones profesionales que se puede hacer. Ahora esos artículos se publican. Cuando crees que va a llegar de verdad, el siguiente nivel de exploración se vuelve más justificable, "Dijo Yakobson.

Los átomos de boro pueden formar más de un patrón cuando se unen como material 2-D, otra característica predicha por Yakobson y su equipo que ahora se ha hecho realidad. Estos patrones conocidos como polimorfos, puede permitir a los investigadores ajustar la conductividad del material "simplemente eligiendo una disposición selectiva de los agujeros hexagonales, "Dijo Penev.

También señaló que las cualidades del boro se insinuaron cuando los investigadores descubrieron hace más de una década que el diborito de magnesio es un superconductor de electrones y fonones de alta temperatura. "La gente se dio cuenta hace mucho tiempo que la superconductividad se debe a la capa de boro, "Dijo Penev." El magnesio actúa para dopar el material al derramar algunos electrones en la capa de boro. En este caso, no los necesitamos porque el boro 2-D ya es metálico ".

Penev sugirió que aislar boro 2-D entre capas de nitruro de boro hexagonal inerte (también conocido como "grafeno blanco") podría ayudar a estabilizar su naturaleza superconductora.

Sin la disponibilidad de un bloque de tiempo en varias grandes supercomputadoras gubernamentales, el estudio habría tardado mucho más, Dijo Yakobson. "Alex hizo el trabajo pesado en el trabajo computacional, ", dijo." Convertirlo de una discusión a la hora del almuerzo en un resultado de investigación cuantitativa real requirió un gran esfuerzo ".

El artículo es el primero del grupo de Yakobson sobre el tema de la superconductividad, aunque Penev es un autor publicado sobre el tema. "Empecé a trabajar en superconductividad en 1993, pero siempre fue una especie de hobby, y no había hecho nada sobre el tema en 10 años, ", Dijo Penev." Así que este documento completa el círculo ".