Un superconductor a temperatura ambiente es un material que es capaz de exhibir superconductividad a temperaturas de funcionamiento superiores a 0 ° C (273 K; 32 ° F), es decir, temperaturas que se pueden alcanzar y mantener fácilmente en un entorno cotidiano. A partir de 2020, [actualizar]el material con la temperatura superconductora aceptada más alta es un hidruro de azufre carbonoso extremadamente presurizado con una temperatura de transición crítica de + 15 ° C a 267 GPa. [1]
A presión atmosférica, el récord de temperatura aún lo mantienen los cupratos , que han demostrado superconductividad a temperaturas tan altas como 138 K (-135 ° C). [2]
Aunque los investigadores alguna vez dudaron de que la superconductividad a temperatura ambiente fuera realmente alcanzable, [3] [4] se ha descubierto repetidamente la superconductividad a temperaturas que antes eran inesperadas o que se consideraban imposibles.
Las afirmaciones de efectos transitorios de "temperatura cercana a la habitación" datan de principios de la década de 1950. Encontrar un superconductor a temperatura ambiente "tendría una enorme importancia tecnológica y, por ejemplo, ayudaría a resolver los problemas energéticos del mundo, proporcionaría computadoras más rápidas, permitiría dispositivos novedosos de almacenamiento de memoria y habilitaría sensores ultrasensibles, entre muchas otras posibilidades". [4] [5]
¿Es posible fabricar un material que sea superconductor a temperatura ambiente y presión atmosférica?
Informes
Desde el descubrimiento de los superconductores de alta temperatura , se ha informado que varios materiales son superconductores a temperatura ambiente , aunque la mayoría de estos informes no han sido confirmados. [ cita requerida ]
En 2000, mientras extraía electrones del diamante durante el trabajo de implantación de iones , Johan Prins afirmó haber observado un fenómeno que explicó como superconductividad a temperatura ambiente dentro de una fase formada en la superficie de diamantes de tipo IIa dopados con oxígeno en un vacío de 10 −6 mbar. . [6]
En 2003, un grupo de investigadores publicó resultados sobre la superconductividad a alta temperatura en hidruro de paladio (PdH x : x> 1) [7] y una explicación en 2004. [8] En 2007, el mismo grupo publicó resultados que sugerían una temperatura de transición superconductora de 260 K. [9] La temperatura crítica superconductora aumenta a medida que aumenta la densidad del hidrógeno dentro de la red de paladio. Este trabajo no ha sido corroborado por otros grupos.
En 2012, un artículo de Advanced Materials afirmó el comportamiento superconductor del polvo de grafito después del tratamiento con agua pura a temperaturas de hasta 300 K y superiores. [10] [ fuente no confiable? ] Hasta ahora, los autores no han podido demostrar la ocurrencia de una fase clara de Meissner y la desaparición de la resistencia del material.
En 2014, un artículo publicado en Nature sugirió que algunos materiales, en particular YBCO ( óxido de itrio, bario y cobre ), podrían superconducirse a temperatura ambiente utilizando pulsos de láser infrarrojo . [11]
En 2015, un artículo publicado en Nature por investigadores del Instituto Max Planck sugirió que bajo ciertas condiciones, como la presión extrema, el H 2 S pasó a una forma superconductora H 3 S a 150 GPa (alrededor de 1,5 millones de veces la presión atmosférica) en una celda de yunque de diamante. . [12] La temperatura crítica es de 203 K (-70 ° C), que sería la más alta T c jamás registrada y su investigación sugiere que otros compuestos de hidrógeno podrían superconducir a hasta 260 K (-13 ° C) que coincida con la investigación original de Ashcroft. [13] [14]
En 2018, Dev Kumar Thapa y Anshu Pandey de la Unidad de Estado Sólido y Química Estructural del Instituto Indio de Ciencia en Bangalore afirmaron la observación de superconductividad a presión ambiente y temperatura ambiente en películas y gránulos de un material nanoestructurado que está compuesto de partículas de plata. incrustado en una matriz de oro. [15] Debido a patrones de ruido similares de parcelas supuestamente independientes y la falta de revisión por pares de la publicación , los resultados han sido cuestionados. [16] Aunque los investigadores validaron sus hallazgos en un artículo posterior en 2019, [17] esta afirmación aún no se ha verificado y confirmado. [ cita requerida ]
También en 2018, los investigadores observaron una posible fase superconductora a 260 K (-13 ° C) en decahidruro de lantano a una presión elevada (200 GPa ). [18]
En 2019, el material con la temperatura superconductora aceptada más alta fue el decahidruro de lantano altamente presurizado (LaH 10 ), cuya temperatura de transición es de aproximadamente 250 K (−23 ° C). [19] [20]
En octubre de 2020, se informó sobre la superconductividad a temperatura ambiente a 288 K (a 15 ° C) en un hidruro de azufre carbonoso a muy alta presión (267 GPa) que provocó la cristalización a través de un láser verde. [21] [22]
En marzo de 2021, un anuncio informó sobre la superconductividad a temperatura ambiente en un material en capas de itrio-paladio-hidrón a 262 K y una presión de 187 GPa. El paladio puede actuar como catalizador de migración de hidrógeno en el material. [23]
Teorías
El trabajo teórico del físico británico Neil Ashcroft predijo que el hidrógeno metálico sólido a una presión extremadamente alta (~ 500 GPa ) debería convertirse en superconductor a aproximadamente la temperatura ambiente debido a su velocidad de sonido extremadamente alta y al fuerte acoplamiento esperado entre los electrones de conducción y las vibraciones de la red ( fonones ). [24] Esta predicción aún no se ha verificado experimentalmente, ya que no se conoce la presión para lograr el hidrógeno metálico, pero puede ser del orden de 500 GPa .
Un equipo de la Universidad de Harvard ha afirmado producir hidrógeno metálico e informa una presión de 495 GPa. [25] Aunque aún no se ha determinado la temperatura crítica exacta, pueden haber aparecido signos débiles de un posible efecto Meissner y cambios en la susceptibilidad magnética a 250K en las primeras pruebas del magnetómetro en la muestra original ahora perdida y está siendo analizado por el equipo francés. trabajando con formas de rosquilla en lugar de planas en las puntas de los culet de diamantes. [26]
En 1964, William A. Little propuso la posibilidad de una superconductividad a alta temperatura en polímeros orgánicos . [27] Esta propuesta se basa en el apareamiento de electrones mediado por excitones , a diferencia del apareamiento mediado por fonones en la teoría BCS .
En 2016, la investigación sugirió un vínculo entre el hidruro de paladio que contiene pequeñas impurezas de nanopartículas de azufre como una explicación plausible de las caídas de resistencia transitorias anómalas observadas durante algunos experimentos, y la absorción de hidrógeno por cupratos se sugirió a la luz de los resultados de 2015 en H 2 S como una explicación plausible de las caídas de resistencia transitorias o "USO" observadas en la década de 1990 por Chu et al. durante la investigación después del descubrimiento de YBCO . [ cita requerida ] [28] También es posible que si la explicación bipolaron es correcta, un material normalmente semiconductor puede pasar bajo algunas condiciones a un superconductor si se excede un nivel crítico de acoplamiento de espín alterno en un solo plano dentro de la red; esto puede haber sido documentado en experimentos muy tempranos de 1986. La mejor analogía aquí sería la magnetorresistencia anisotrópica , pero en este caso el resultado es una caída a cero en lugar de una disminución dentro de un rango de temperatura muy estrecho para los compuestos probados similar a " re -superconductividad entrante ". [ cita requerida ]
En 2018, se encontró soporte para electrones que tenían estados de espín 3/2 anómalos en YPtBi. [29] Aunque YPtBi es un superconductor de temperatura relativamente baja, esto sugiere otro enfoque para crear superconductores.
También se descubrió que muchos superconductores, incluidos los cupratos y los pnictidos de hierro , tienen dos o más mecanismos en competencia que luchan por el dominio ( onda de densidad de carga ) [ cita requerida ] y estados excitónicos, al igual que con los diodos emisores de luz orgánicos y otros sistemas cuánticos, agregando el catalizador de giro correcto puede aumentar por sí mismo T c . Un posible candidato sería iridio u oro colocados en algunas de las moléculas adyacentes o como una capa superficial delgada para que el mecanismo correcto se propague por toda la red similar a una transición de fase. Hasta ahora, esto es especulativo; Se han hecho algunos esfuerzos, añadiendo notablemente plomo a BSCCO , que es bien conocido para ayudar a promover la alta T c fases por la química solo. Sin embargo, efectos relativistas similares a los que se encuentran en las baterías de plomo-ácido podrían ser responsables, lo que sugiere que un mecanismo similar en los cupratos a base de mercurio o talio puede ser posible usando un metal relacionado como el estaño .
Cualquier catalizador de este tipo necesitaría ser químicamente no reactivo pero tener propiedades que afecten a un mecanismo pero no a los otros, y tampoco interferir con las etapas posteriores de hibridación y oxigenación ni cambiar excesivamente las resonancias de la red. Una posible solución para los problemas discutidos sería usar campos electrostáticos fuertes para mantener las moléculas en su lugar durante uno de los pasos hasta que se forme la red. [ investigación original? ]
Algunos esfuerzos de investigación se están moviendo actualmente hacia ternarias superhydrides , donde se ha predicho que Li 2 MgH 16 tendría una T c de 473 K (200 ° C) a 250 GPa [30] [31] (mucho más caliente que lo que se considera normalmente temperatura ambiente).
Ver también
- Corriente persistente: corriente eléctrica perpetua, que no requiere una fuente de alimentación externa
Referencias
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El descubrimiento teoría orientado reciente de registro superconductividad de alta temperatura ( T c ~ 250 K) en sodalitelike clatrato LaH 10 es un avance importante hacia superconductores a temperatura ambiente. Aquí, identificamos una estructura de clatrato alternativa en ternario Li 2 MgH 16 con una notablemente alta estimado T c de ~473 K a 250 GPa, que puede nos permitirá obtener la temperatura ambiente o la superconductividad aún mayor temperatura.
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