Los físicos avanzan en la carrera por la superconductividad a temperatura ambiente

En su investigación, un equipo de físicos del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (NEXCL) de la UNLV utilizó una celda de yunque de diamante, un dispositivo de investigación similar al que se muestra en la imagen, para reducir la presión necesaria para lograr la superconductividad a temperatura ambiente. Crédito: Imagen cortesía de NEXCL

Hace tan solo dos años, el mundo de la ciencia se sorprendió por el descubrimiento de un material capaz de superconductividad a temperatura ambiente. Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Nevada, Las Vegas (UNLV) ha vuelto a recrear la hazaña a la presión más baja jamás registrada.

Para ser claros, esto significa que la ciencia está más cerca que nunca de un material utilizable y reproducible que algún día podría revolucionar la forma en que se transporta la energía.

Titulares internacionales aparecidos en 2020 superconductividad a temperatura ambiente por primera vez Por el físico de la UNLV Ashkan Salamat y su colega Ranga Dias, física de la Universidad de Rochester. Para tener éxito, los científicos sintetizaron químicamente una mezcla de carbono, azufre e hidrógeno primero en un estado metálico y luego en un estado superconductor a temperatura ambiente, usando una presión extremadamente alta de 267 gigapascales; naturaleza cerca del centro de la tierra.

Avance rápido menos de dos años, y los investigadores ahora pueden lograr la hazaña a solo 91 GPa, aproximadamente un tercio de la presión informada originalmente. Los nuevos hallazgos fueron publicados como artículo preliminar en la revista comunicación química este mes.

¡Súper revelación!

Al ajustar la composición de carbono, azufre e hidrógeno utilizada en el descubrimiento original, los investigadores ahora pueden producir un material a presiones más bajas que mantiene su estado superconductor.

«Estas son presiones a niveles que son difíciles de entender y evaluar fuera del laboratorio, pero nuestra trayectoria actual muestra que es posible lograr temperaturas superconductoras relativamente altas a presiones constantemente bajas, que es nuestro objetivo final», dice el líder de investigación Gregory. Alejandro Smith. estudiante de doctorado en la UNLV Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (SIGUIENTE). «En última instancia, si queremos hacer que los dispositivos sean útiles para la sociedad, debemos reducir la presión que se necesita para crearlos».

Aunque las presiones siguen siendo muy altas, unas mil veces más altas de lo que sentirías en el fondo de la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, continúan corriendo hacia la meta cercana a cero. Es una carrera que se está acelerando en la UNLV a medida que los investigadores comprenden mejor las relaciones químicas entre el carbono, el azufre y el hidrógeno que componen la materia.

«Nuestro conocimiento de la relación entre el carbono y el azufre avanza rápidamente, y estamos encontrando coeficientes que conducen a respuestas significativamente diferentes y más eficientes que las observadas originalmente», dijo Salamat, quien dirige NEXCL de la UNLV y contribuye con el estudio más reciente. “Ver fenómenos tan diversos en un sistema así muestra la riqueza de la Madre Naturaleza. Hay más para entender, y cada nuevo avance nos acerca al precipicio de los dispositivos superconductores cotidianos».

El Santo Grial de la Eficiencia Energética

La superconductividad es un fenómeno notable que se observó por primera vez hace más de un siglo, pero solo a temperaturas notablemente bajas, lo que impide pensar en una aplicación práctica. No fue hasta la década de 1960 que los científicos teorizaron que la hazaña era posible a temperaturas más altas. El descubrimiento en 2020 de un superconductor a temperatura ambiente por parte de Salamat y sus colegas entusiasmó al mundo científico en parte porque la tecnología permite el flujo eléctrico con resistencia cero, lo que significa que la energía que pasa a través de un circuito puede conducirse infinitamente y sin pérdida de energía. Esto podría tener implicaciones importantes para el almacenamiento y la transmisión de energía, lo que respalda todo, desde mejores baterías para teléfonos celulares hasta una red eléctrica más eficiente.

«La crisis energética global no muestra signos de desaceleración y los costos están aumentando en parte debido a la red eléctrica de EE. UU., que está perdiendo aproximadamente $30 mil millones al año debido a las ineficiencias en la tecnología actual», dijo Salamat. «Necesitamos ser impulsados ​​por la tecnología para el cambio social, y creo que el trabajo que se realiza hoy está a la vanguardia de las soluciones del mañana».

Según Salamat, las propiedades de los superconductores podrían respaldar una nueva generación de materiales que podrían cambiar fundamentalmente la infraestructura energética de EE. UU. y más allá.

«Imagínese aprovechar la energía en Nevada y enviarla a todo el país sin pérdida de energía», dijo. «Esta tecnología puede que algún día lo haga posible».

Referencia. «El contenido de carbono promueve la superconductividad a alta temperatura en el hidruro de azufre de carbono por debajo de 100 GPa» por G. Alexander Smith, Inés E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Por Smith, Melanie White, Elise Jones, Paul. EllisonKeith W. Lawler, Ranga P. Dias y Ashkan Salamat, 7 de julio de 2022 comunicación química.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, el autor principal, es un ex investigador de pregrado de la UNLV en el laboratorio de Salamat y actualmente es estudiante de doctorado en química e investigación con NEXCL. Otros autores del estudio incluyen a Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White y Keith Lawler en la UNLV; Ranga Diaz, Elliot Snyder y Elise Jones con la Universidad de Rochester; Inés E. Collings con los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, Sylvain Petitgirard con ETH Zurich; y jesse s. Smith con el Laboratorio Nacional de Argonne.