Científicos de la Universidad Federal de los Urales (UrFU) junto con sus colegas de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, han descubierto un método matemático para calcular la temperatura a la que los nanotubos de carbono de pared simple se convierten en superconductores y han desarrollado una forma de aumentarla, abriendo así nuevas perspectivas para la aplicación de materiales superconductores. El trabajo fue publicado en Carbón diario.

Los materiales superconductores que pueden conducir electricidad sin resistencia se utilizan en ciclotrones, trenes magnéticos, líneas eléctricas y magnetómetros súper sensibles (dispositivos utilizados para medir el campo magnético de la Tierra). Todavía, el principal problema de la superconductividad es que se expresa a temperaturas ligeramente superiores al cero absoluto (-273 ° C). Si un material es superconductor alrededor de -70 ° C, apunta a un récord. El líder entre todos los materiales es el sulfuro de hidrógeno congelado a una presión increíble:se convierte en un superconductor a -70 ° C.

"La superconductividad a temperatura ambiente es el sueño de la humanidad. Por ejemplo, su teléfono móvil ya no necesitaría recargarse, y la electricidad puede funcionar para siempre, "dice el Dr. Chi Ho Wong, un postdoctorado de la Universidad Federal de los Urales y coautor del trabajo.

La capacidad del carbono para formarse plano, Las láminas de grafeno de un átomo de espesor (capas de grafito separadas) han atraído la atención de los científicos. Al enrollar una hoja de este tipo para hacer un tubo, se produce otra estructura interesante:un nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT). Estas estructuras son muy resistentes a la tracción, refracta la luz de una manera inusual, y se puede utilizar en muchas áreas, desde la electrónica hasta la biomedicina. Los átomos insertados en las paredes de dichos tubos pueden cambiar sus propiedades, incluida la conductividad. Puede depender de la orientación de los hexágonos que forman la capa de carbono, en el llenado del tubo, o en átomos de otros elementos insertados o unidos adicionalmente.

Los nanotubos de carbono de pared simple se estudian activamente como posibles superconductores. Sin embargo, su diámetro es igual a solo 4 angstroms (cuatro décimas de nanómetro), por lo tanto, están cerca de los materiales 1-D. A temperaturas cercanas al cero absoluto, dentro de ellos se forman los llamados pares de electrones de Cooper. En ausencia de curvatura, Los pares de Cooper no se forman, y no se observa superconductividad.

"Nuestra tarea era cambiar la estructura 1-D para aumentar la temperatura de transición superconductora, "dice Anatoly Zatsepin, el jefe de un laboratorio de investigación científica en el Instituto de Física y Tecnología, UrFU. "Resultó que si apila SWCNT, Los pares de Cooper se estabilizan, y se forma un superconductor ". incluso esas pilas requieren temperaturas bastante bajas para exhibir propiedades superconductoras, sólo 15 grados por encima del cero absoluto.

Los físicos encontraron una solución para este problema. Agregaron un "cable" de carbono de un átomo de ancho dentro de un SWCNT. La cadena en sí no forma enlaces con los átomos del tubo, pero hace que el tubo cambie su propia geometría y se flexione.

Cuando el equipo de UrFU cambió la forma de la cadena de carbono interna de recta a similar a un zigzag, lograron aumentar la temperatura de transición de la superconductividad en 45 grados. Para lograr el mejor efecto, los ángulos de los zigzags se calcularon matemáticamente, y las predicciones resultaron ser correctas.