Los superconductores a base de hierro ( FeSC ) son compuestos químicos que contienen hierro cuyas propiedades superconductoras se descubrieron en 2006. [2] [3] En 2008, liderados por compuestos pnictidos de hierro recientemente descubiertos (originalmente conocidos como oxipnictidos ), se encontraban en las primeras etapas de experimentación e implementación. [4] (Anteriormente, la mayoría de los superconductores de alta temperatura eran cupratos y se basaban en capas de cobre y oxígeno intercaladas entre otras sustancias (La, Ba, Hg)).
Este nuevo tipo de superconductores se basa en cambio en capas conductoras de hierro y un pnictida ( elementos químicos en el grupo 15 de la tabla periódica , aquí típicamente arsénico (As) y fósforo (P)) y parece prometedor como la próxima generación de alta superconductores de temperatura. [5]
Gran parte del interés se debe a que los nuevos compuestos son muy diferentes de los cupratos y pueden ayudar a conducir a una teoría de la superconductividad no basada en la teoría BCS .
Más recientemente, se han denominado ferropnictidas . Los primeros encontrados pertenecen al grupo de las oxipnictidas . Algunos de los compuestos se conocen desde 1995, [6] y sus propiedades semiconductoras se conocen y están patentadas desde 2006. [7]
También se ha encontrado que algunos calcógenos de hierro se superconducen. [8] El β- FeSe no dopado es el superconductor a base de hierro más simple pero con diversas propiedades. [9] Tiene una temperatura crítica ( T c ) de 8 K a presión normal, y 36,7 K a alta presión [10] y por medio de intercalación. La combinación de intercalación y presión da como resultado una superconductividad reemergente en 48 (ver [9] y referencias allí).
Un subconjunto de superconductores a base de hierro con propiedades similares a las oxipnictidas, conocidos como 122 arseniuros de hierro , atrajo la atención en 2008 debido a su relativa facilidad de síntesis.
Las oxipnictidas tales como LaOFeAs a menudo se denominan pnictidas '1111'.
El material cristalino, conocido químicamente como LaOFeAs, apila capas de hierro y arsénico, por donde fluyen los electrones, entre planos de lantano y oxígeno . Reemplazar hasta un 11 por ciento del oxígeno con flúor mejoró el compuesto: se volvió superconductor a 26 kelvin , informa el equipo en el Journal of the American Chemical Society del 19 de marzo de 2008. Investigaciones posteriores de otros grupos sugieren que reemplazar el lantano en LaOFeAs con otros elementos de tierras raras como cerio , samario , neodimio y praseodimio conduce a superconductores que funcionan a 52 kelvin. [5]
Oxipnictida | T c (K) |
---|---|
LaO 0,89 F 0,11 FeAs | 26 [11] |
LaO 0,9 F 0,2 FeAs | 28,5 [12] |
CeFeAsO 0,84 F 0,16 | 41 [11] |
SmFeAsO 0,9 F 0,1 | 43 [11] [13] |
La 0.5 Y 0.5 FeAsO 0.6 | 43,1 [14] |
NdFeAsO 0,89 F 0,11 | 52 [11] |
PrFeAsO 0,89 F 0,11 | 52 [15] |
ErFeAsO 1 – y | 45 [16] |
Al-32522 (CaAlOFeAs) | 30 (As), 16,6 (P) [17] |
Al-42622 (CaAlOFeAs) | 28,3 (As), 17,2 (P) [18] |
GdFeAsO 0,85 | 53,5 [19] |
BaFe 1.8 Co 0.2 As 2 | 25,3 [20] |
SmFeAsO ~ 0.85 | 55 [21] |
No oxipnictida | T c (K) |
---|---|
Ba 0,6 K 0,4 Fe 2 Como 2 | 38 [22] |
Ca 0,6 Na 0,4 Fe 2 Como 2 | 26 [23] |
CaFe 0,9 Co 0,1 AsF | 22 [24] |
Sr 0,5 Sm 0,5 FeAsF | 56 [25] |
Vidas | 18 [26] [27] [28] |
NaFeAs | 9-25 [29] [30] |
FeSe | <27 [31] [32] |
LaFeSiH | 10 [33] |
Los superconductores de pnictida de hierro cristalizan en la estructura en capas de [FeAs] alternando con un espaciador o un bloque de depósito de carga. [11] Por tanto, los compuestos pueden clasificarse en el sistema “1111” RFeAsO (R: el elemento de tierras raras) que incluye LaFeAsO, [3] SmFeAsO, [13] PrFeAsO, [21] etc .; "122" tipo BaFe 2 As 2 , [22] SrFe 2 As 2 [34] o CaFe 2 As 2 ; [23] LiFeAs tipo “111”, [26] [27] [28] NaFeAs, [29] [30] [35] y LiFeP. [36] El dopaje o la presión aplicada transformarán los compuestos en superconductores. [11] [37] [38]
Los compuestos como el Sr 2 ScFePO 3 descubierto en 2009 se conocen como la familia '42622', como FePSr 2 ScO 3 . [39] Es de destacar la síntesis de (Ca 4 Al 2 O 6 − y ) (Fe 2 Pn 2 ) (o Al-42622 (Pn); Pn = As y P) utilizando la técnica de síntesis de alta presión. El Al-42622 (Pn) exhibe superconductividad tanto para Pn = As como para P con las temperaturas de transición de 28,3 K y 17,1 K, respectivamente. Los parámetros de la red a de Al-42622 (Pn) (a = 3.713 Å y 3.692 Å para Pn = As y P, respectivamente) son los más pequeños entre los superconductores de hierro-pnictido. En consecuencia, Al-42622 (As) tiene el ángulo de enlace As-Fe-As más pequeño (102,1 °) y la mayor distancia As desde los planos de Fe (1,5 Å). [18] La técnica de alta presión también produce (Ca 3 Al 2 O 5 − y ) (Fe 2 Pn 2 ) (Pn = As y P), los primeros superconductores basados en hierro con la estructura '32522' basada en perovskita. La temperatura de transición (T c ) es 30,2 K para Pn = As y 16,6 K para Pn = P. La aparición de superconductividad se atribuye a la pequeña constante de red tetragonal del eje a de estos materiales. A partir de estos resultados, se estableció una relación empírica entre la a-eje constante de red y T c en los superconductores a base de hierro. [17]
En 2009, se demostró que los pnictidas de hierro sin dopar tenían un punto crítico cuántico magnético derivado de la competencia entre la localización electrónica y la itinerancia. [40]
Diagramas de fase
De manera similar a los cupratos superconductores, las propiedades de los superconductores a base de hierro cambian drásticamente con el dopaje. Los compuestos parentales de FeSC son generalmente metales (a diferencia de los cupratos) pero, de manera similar a los cupratos, se ordenan de forma antiferromagnética, lo que a menudo se denomina onda de densidad de espín (SDW). La superconductividad (SC) emerge con el dopado de huecos o de electrones. En general, el diagrama de fases es similar al de los cupratos. [41]
Superconductividad a alta temperatura
Las temperaturas de transición superconductoras se enumeran en las tablas (algunas a alta presión). Se predice que BaFe 1.8 Co 0.2 As 2 tiene un campo crítico superior de 43 tesla a partir de la longitud de coherencia medida de 2.8 nm. [20]
En 2011, los científicos japoneses se toparon con un descubrimiento que aumentó la superconductividad de un compuesto metálico al sumergir compuestos a base de hierro en bebidas alcohólicas calientes como el vino tinto. [47] [48] Informes anteriores indicaron que el exceso de Fe es la causa del orden antiferromagnético bicolineal y no está a favor de la superconductividad. Investigaciones posteriores revelaron que el ácido débil tiene la capacidad de desintercalar el exceso de Fe de los sitios de las capas intermedias. Por lo tanto, el recocido ácido débil suprime la correlación antiferromagnética desintercalando el exceso de Fe y, por lo tanto, se logra la superconductividad. [49] [50]
Existe una correlación empírica de la temperatura de transición con la estructura de la banda electrónica : el máximo de Tc se observa cuando parte de la superficie de Fermi permanece en las proximidades de la transición topológica de Lifshitz . [41] Posteriormente se ha informado de una correlación similar para los cupratos de alta Tc que indica una posible similitud de los mecanismos de superconductividad en estas dos familias de superconductores de alta temperatura . [51]
Ver también
- Reflexión de Andreev
- Complejo de transferencia de carga
- Superconductividad de color en quarks
- Texturizado de reacción compuesta
- Superconductor convencional
- Superconductor covalente
- Superconductividad de alta temperatura
- Ley de hogares
- Efecto Kondo
- Efecto Little-Parks
- Vela magnética
- Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores
- Oxipnictida
- Efecto de proximidad
- Superconductor a temperatura ambiente
- Cable de Rutherford
- Fuente de neutrones de espalación
- Radiofrecuencia superconductora
- Clasificación de superconductores
- Película superfluida
- Aplicaciones tecnológicas de la superconductividad
- Cronología de la tecnología de baja temperatura
- Superconductor de tipo I
- Superconductor tipo II
- Superconductor no convencional
Referencias
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