El hidruro de azufre carbonoso es un superconductor a temperatura ambiente [1] que se anunció en octubre de 2020. El material tiene una temperatura máxima de transición superconductora de 15 ° C (59 ° F) a una presión de 267 gigapascales (GPa). Esta es una presión equivalente a las tres cuartas partes de la presión en el centro de la Tierra. [2] El material es un compuesto de polihidruro ternario no caracterizado de carbono , azufre e hidrógeno con una fórmula química que se cree que es CSH 8. Las mediciones bajo presión extrema son difíciles y, en particular, los elementos son demasiado ligeros para una determinación por rayos X de la estructura cristalina ( cristalografía de rayos X ). [3] Este es el más cercano a la temperatura ambiente alcanzado por un superconductor, con un inicio casi 30 ° C más alto que el del poseedor del récord anterior. [4]
Identificadores | |
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Propiedades | |
C H 8 S | |
Masa molar | 52,14 g · mol −1 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Fondo
Antes de 1911, todos los conductores eléctricos conocidos presentaban resistencia eléctrica debido a las colisiones del portador de carga con los átomos del material. Los investigadores descubrieron que en ciertos materiales a bajas temperaturas, los portadores de carga interactúan con fonones en el material y forman pares de Cooper , como lo describe la teoría BCS . Este proceso da como resultado la formación de un superconductor , con resistencia eléctrica cero. Durante la transición al estado superconductor, las líneas del campo magnético son expulsadas del interior del material, lo que permite la posibilidad de levitación magnética . Históricamente, se ha sabido que el efecto se produce solo a bajas temperaturas, pero los investigadores han pasado décadas intentando encontrar un material que pudiera funcionar a temperatura ambiente. [5]
Síntesis
El material es un compuesto de polihidruro ternario de carbono , azufre e hidrógeno con una fórmula química que se cree que es CSH 8 . A octubre de 2020, la estructura molecular del material sigue sin caracterizarse, ya que las presiones extremas y los elementos ligeros utilizados no son adecuados para la mayoría de las mediciones, como la determinación por rayos X. [3] El material se sintetiza comprimiendo metano (CH 4 ), sulfuro de hidrógeno (H 2 S) e hidrógeno (H 2 ) en una celda de yunque de diamante y se ilumina con un láser verde de 532 nm. [3] Un compuesto de partida de carbono y azufre se sintetiza con una proporción molar de 1: 1 , se forma en bolas de menos de cinco micrones de diámetro y se coloca en una celda de yunque de diamante . Luego se agrega gas hidrógeno y el sistema se comprime a 4.0 GPa y se ilumina con un láser de 532 nm durante varias horas. Se informó que el cristal no es estable por debajo de 10 GPa y puede destruirse si se deja a temperatura ambiente durante la noche. [3] La investigación del material está en curso y, en agosto de 2020, los científicos aún tienen que determinar su estructura molecular. [2]
Superconductividad
El 14 de octubre de 2020, se informó que se había confirmado que el hidruro de azufre carbonoso era el primer superconductor a temperatura ambiente del mundo . [2] [6] [7] [8] [9] [5] [10] El estado superconductor se observó a temperaturas de hasta 15 ° C (59 ° F). [11] [12] El material establece un nuevo récord de superconductividad de alta temperatura , con una temperatura de transición casi 30 ° C (54 ° F) más alta que el poseedor del récord anterior. [4] Con una alta transición superconductora de 15 ° C, es el primer material conocido que no necesita ser enfriado para entrar en una fase superconductora. [2] A pesar del enorme avance, el estado superconductor es observable solo a la muy alta presión de 267 GPa (38,7 millones de psi), que es aproximadamente un millón de veces más alta que la presión de un neumático de automóvil típico. [12]
El descubrimiento fue publicado en Nature por un equipo de científicos dirigido por Ranga Dias de la Universidad de Rochester . [2] [3] El artículo publicó los resultados de varios experimentos diferentes utilizando el mismo material. La temperatura de transición superconductora más alta encontrada fue 287,7 ± 1,2 K (14,6 ± 1,2 ° C; 58,2 ± 2,2 ° F) a una presión de 267 ± 10 GPa (38,7 ± 1,5 millones de psi). El material se probó a varias presiones más bajas, y se encontró que a 138 ± 7 GPa (20,0 ± 1,0 millones de psi), la temperatura de transición se reduce a 147 K (-126 ° C; -195 ° F). [3] Además, como se esperaba de la teoría BCS , se encontró una disminución notable en la temperatura de transición cuando se aplica un campo magnético externo. Los científicos descubrieron que la temperatura de transición se redujo en 22 K (40 ° F) en un campo magnético de nueve teslas a una presión de 267 GPa. [3]
La superconductividad de los hidruros de azufre sin carbono se informó por primera vez en 2015 [13]
La validez de estos resultados ha sido cuestionada en arXiv: 2010.10307 y arXiv: 2012.10771.
Referencias
- ^ El término técnico "superconductor a temperatura ambiente" significa temperaturas tan bajas como el punto de fusión del hielo, en lugar de temperaturas ambiente típicas.
- ^ a b c d e Servicio, Robert F. (16 de octubre de 2020). "Por fin, se logró la superconductividad a temperatura ambiente" . Ciencia . 370 (6514): 273–274. Código Bibliográfico : 2020Sci ... 370..273S . doi : 10.1126 / science.370.6514.273 . ISSN 0036-8075 . PMID 33060340 .
- ^ a b c d e f g Snider, Elliot; Dasenbrock-Gammon, Nathan; McBride, Raymond; Debessai, Mathew; Vindana, Hiranya; Vencatasamy, Kevin; Lawler, Keith V .; Salamat, Ashkan; Dias, Ranga P. (15 de octubre de 2020). "Superconductividad a temperatura ambiente en un hidruro de azufre carbonoso". Naturaleza . 586 (7829): 373–377. Código Bibliográfico : 2020Natur.586..373S . doi : 10.1038 / s41586-020-2801-z . PMID 33057222 .
- ^ a b "Material establece récord superconductor" . Noticias de Química e Ingeniería . Consultado el 17 de octubre de 2020 .
- ^ a b Wood, Charlie (14 de octubre de 2020). "Superconductividad a temperatura ambiente lograda por primera vez" . Revista Quanta . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Castelvecchi, Davide (15 de octubre de 2020). "El primer superconductor a temperatura ambiente excita y desconcierta a los científicos" . Naturaleza . 586 (7829): 349. Bibcode : 2020Natur.586..349C . doi : 10.1038 / d41586-020-02895-0 . PMID 33057238 .
- ^ Conover, Emily (14 de octubre de 2020). "Finalmente se ha encontrado el primer superconductor a temperatura ambiente" . Noticias de ciencia . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Delbert, Caroline (15 de octubre de 2020). "En un monumental primero, los científicos descubren un superconductor de temperatura ambiente" . Mecánica popular . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Chang, Kenneth (14 de octubre de 2020). "Finalmente, el primer superconductor a temperatura ambiente" . The New York Times . ISSN 0362-4331 . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Rochester, Universidad de (2020-10-14). " " Santo Grial "buscado durante más de un siglo: los investigadores sintetizan material superconductor a temperatura ambiente" . SciTechDaily . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Johnston, Hamish (14 de octubre de 2020). "La superconductividad aguanta hasta 15 ° C en material de alta presión" . Mundo de la física . Consultado el 15 de octubre de 2020 .
- ^ a b Rincón, Paul (15/10/2020). "Superconductores: el material aumenta la esperanza de una revolución energética" . BBC News . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
- ^ Cartlidge, Edwin. "El registro de superconductividad provoca una ola de seguimiento de la física" . Naturaleza .