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| El físico Ranga Dias afirma haber encontrado un material superconductor a temperatura ambiente y presiones relativamente bajas. Créditos: J. ADAM FENSTER/UNIVERSIDAD DE ROCHESTER |
Científicos de la Universidad de Rochester han logrado recientemente un gran
avance: han creado un material superconductor que presenta superconductividad
a 69 grados Fahrenheit y 10 kilobares (145.000 libras por pulgada cuadrada, o
psi) de presión. Este material superconductor, un hidruro de lutecio dopado
con nitrógeno (NDLH), se ha creado a una temperatura y una presión lo
suficientemente bajas para aplicaciones prácticas.
La presión a nivel del mar es de aproximadamente 15 psi, por lo que 145.000
psi puede seguir pareciendo una presión muy alta; sin embargo, las técnicas de
ingeniería de deformación se emplean con frecuencia en la fabricación de
chips, por ejemplo, y contienen materiales que se mantienen unidos mediante
presiones químicas internas considerablemente más altas.
Los científicos anunciaron anteriormente la creación de dos materiales, el
superhidruro de itrio y el hidruro de azufre carbonoso, que son
superconductores a 58 grados Fahrenheit/ 39 millones de libras por pulgada
cuadrada y 12 grados Fahrenheit/ 26 millones de libras por pulgada cuadrada,
respectivamente.
Para este nuevo estudio, los científicos recopilaron los datos fuera del
laboratorio. Fue un verdadero esfuerzo colectivo.
Los hidruros se crean combinando metales de tierras raras con hidrógeno y
añadiendo después nitrógeno o carbono. En los últimos años, han ofrecido a los
científicos una tentadora "receta de trabajo" para crear materiales
superconductores.
Técnicamente hablando, los hidruros de metales de tierras raras adoptan la
forma de estructuras en forma de jaula denominadas clatratos, en las que los
iones de metales de tierras raras actúan como donantes de portadores y
suministran electrones suficientes para promover la disociación de las
moléculas de H2. El carbono y el nitrógeno contribuyen a la estabilización del
material. El resultado final es que la superconductividad puede producirse a
presiones más bajas.
Los científicos también han empleado otros metales de tierras raras además del
itrio. Sin embargo, los compuestos resultantes se vuelven superconductores a
presiones o temperaturas que siguen siendo poco prácticas para las
aplicaciones.
De ahí que los científicos buscaran en otros lugares de la tabla periódica.
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| (Dasenbrock-Gammon et al., Nature, 2023) |
Según Ranga Dias, profesor adjunto de Ingeniería Mecánica y Física, "el
lutecio parecía "un buen candidato para probar". Tiene 14 electrones muy
localizados y completamente llenos en su configuración orbital f, que suprimen
el ablandamiento de los fonones y potencian el acoplamiento electrón-fonón
necesario para que se produzca la superconductividad a temperatura ambiente".
"La pregunta clave era: ¿cómo vamos a estabilizar esto para reducir la presión
necesaria? Y ahí es donde el nitrógeno entró en escena".
"El nitrógeno, como el carbono, tiene una estructura atómica rígida que puede
crear una red más estable, como una jaula, dentro de un material y endurece
los fonones ópticos de baja frecuencia. Esta estructura proporciona
estabilidad para que se produzca superconductividad a baja presión".
Se colocó una muestra pura de lutecio en una cámara de reacción con una
combinación gaseosa de 99% de hidrógeno y 1% de nitrógeno. La mezcla se dejó
reaccionar durante dos o tres días a 392 grados Fahrenheit.
Los científicos observaron: "El compuesto resultante de lutecio, nitrógeno e
hidrógeno tenía inicialmente un 'lustroso color azulado'. Cuando el compuesto
se comprimió entonces en una célula de yunque de diamante, se produjo una
"sorprendente transformación visual": de azul a rosa en el inicio de la
superconductividad, y luego a un estado metálico no superconductor de color
rojo brillante."
Dias afirma: "Era un rojo muy brillante. Me sorprendió ver colores de esta
intensidad. Sugerimos con humor un nombre en clave para el material en este
estado -'materia roja'-, por un material que Spock creó en la popular película
de 2009 Star Trek. El nombre en clave se quedó".
"Los 145.000 psi de presión necesarios para inducir la superconductividad son
casi dos órdenes de magnitud inferiores a la baja presión anterior".
Con este estudio, los científicos ya han respondido si puede existir material
superconductor a temperaturas ambiente y presiones lo suficientemente bajas
para aplicaciones prácticas.
Dias afirma: "Ya es una realidad el camino hacia la electrónica de consumo
superconductora, las líneas de transferencia de energía, el transporte y las
mejoras significativas del confinamiento magnético para la fusión. Creemos
que ya estamos en la era superconductora moderna".
"El hidruro de lutecio dopado con nitrógeno acelerará enormemente los
avances en el desarrollo de máquinas tokamak para lograr la fusión. En lugar
de utilizar potentes rayos láser convergentes para implosionar una pastilla
de combustible, los tokamaks se basan en fuertes campos magnéticos emitidos
por un recinto en forma de donut para atrapar, retener y encender plasmas
supercalentados. El NDLH, que produce un enorme campo magnético" a
temperatura ambiente, cambiará las reglas del juego" de la tecnología
emergente".
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