Descobren o misterio do superconductor que rompeu todas as marcas

2020/02/10 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Materialak

Un dos grandes retos da física é atopar materiais superconductores a temperatura ambiente e presión ambiental. Polo momento, LaH10 é a que bateu todas as marcas, desde -23ºC a 130 gigapascales até o superconductor, á temperatura máis alta e á presión máis baixa de todos os tempos (aínda que aínda é un millón de veces a presión atmosférica). Este logro sorprendeu profundamente aos científicos en 2019, xa que, segundo os cálculos teóricos, non estaba previsto que se alcanzasen a presións tan baixas. Con todo, o equipo e colaboradores do físico donostiarra Ion Errea Lope deron una explicación ao observado experimentalmente. É máis, sentaron as bases paira identificar no futuro materiais superconductores a menor presión.

Compostos como LaH10 non existen na nosa química convencional. Foron deseñadas e creadas en laboratorio paira obter materiais superconductores. O equipo do queimado non os crea, pero realiza cálculos teóricos paira identificar os mellores superconductores na UPV e no Centro de Física de Materiais CFM. Segundo o novo traballo publicado na revista Nature, nestes cálculos hai que integrar un factor que até agora non fora considerado: as fluctuaciones cuánticas dos átomos. “Os átomos son obxectos cuánticos que se moven constantemente –di Errea-. Non poden permanecer quietos nun punto, mesmo en cero absoluto (-273º K), estanse fluctuando. Estas fluctuaciones poden afectar enormemente ás propiedades dos materiais, sobre todo no caso dos átomos pequenos, os de hidróxeno”.

No caso do LaH10, por exemplo, os átomos de hidróxeno crean una rede entrelazada, una especie de gaiola de hidróxeno metálico, que inclúe o lantano. Sen fluctuación cuántica, esta gaiola se deformaría; necesitaríanse temperaturas moi frías paira manter ben a estrutura e que o material fose superconductor. As fluctuaciones cuánticas son as que manteñen e estabilizan a estrutura do composto. Así, os resultados de Errea demostraron que as fluctuaciones cuánticas dos átomos deben terse en conta nos cálculos paira a xeración de compostos superconductores.

“O noso traballo demostrou que tendo en conta estas fluctuaciones cuánticas, os compostos superconductores a temperaturas moi altas son estables mesmo a presións inferiores ás que pensabamos”. O exemplo de LaH10 demostrou que se pode estabilizar en 100 gigapascales menos do que se pensaba, en contra de todas as previsións. O novo traballo do queimado demostrou, por tanto, que nos cálculos teóricos non se tiveron en conta estas fluctuaciones na base da diferenza entre o que se viu experimentalmente co LaH10 e o que se calculou teoricamente.

Até o momento realizáronse cálculos de superconductores coma se os átomos estivesen nun punto, sen ter en conta as fluctuaciones cuánticas, xa que estes cálculos son moi custosos. Poucos investigadores teñen capacidade técnica paira facelo. Con todo, nos últimos 6-7 anos conseguiu desenvolver programas computacionales de cálculo cos que obtiveron os resultados mencionados. Nun prazo aproximado de tres meses, estes recursos de cálculo poranse ao alcance de todos, esperando que sirvan á comunidade científica.

De face ao futuro, o novo traballo servirá paira identificar compostos superconductores estables tamén a presións menores. Errea móstrase esperanzada: “Hai candidatos. E teremos sorpresas, seguro! Igual é dicir demasiado que imos baixar até a presión ambiental, pero un sabe”.

Máis información na entrevista realizada a Ion Erre en 2019.