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

Célula de yunque de diamante

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, en su investigación para reducir la presión necesaria para observar un material capaz de superconductividad a temperatura ambiente. Crédito: Imagen cortesía de NEXCL

Hace menos de 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 subido la apuesta una vez más al reproducir 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 replicable que algún día podría revolucionar la forma en que se transporta la energía.

Los titulares internacionales fueron en 2020 por el descubrimiento de la superconductividad a temperatura ambiente por primera vez por parte del físico de la UNLV Ashkan Salamat y su colega Ranga Dias, físico de la Universidad de Rochester. Para lograr la hazaña, los científicos sintetizaron químicamente una mezcla de carbono, azufre e hidrógeno primero en un estado metálico, y luego aún más en un estado superconductor a temperatura ambiente usando condiciones de presión extremadamente alta (267 gigapascales) que solo encontraría en naturaleza cerca del centro de la Tierra.

Avance rápido menos de dos años, y los investigadores ahora pueden completar la hazaña a solo 91 GPa, aproximadamente un tercio de la presión reportada inicialmente. Los nuevos hallazgos fueron publicados como un artículo de avance en la revista comunicaciones químicas este mes.

Un súper descubrimiento

A través de un ajuste detallado de la composición de carbono, azufre e hidrógeno utilizada en el avance original, los investigadores ahora pueden producir un material a una presión más baja que conserva su estado de superconductividad.

“Estas son presiones a un nivel difícil de comprender y evaluar fuera del laboratorio, pero nuestra trayectoria actual muestra que es posible lograr temperaturas superconductoras relativamente altas a presiones consistentemente más bajas, que es nuestro objetivo final”, dijo el autor principal del estudio, Gregory Alexander Smith, estudiante de posgrado investigador del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (NEXCL) de la UNLV. “Al final del día, si queremos hacer que los dispositivos sean beneficiosos para las necesidades de la sociedad, entonces tenemos que reducir la presión necesaria para crearlos”.

Aunque las presiones siguen siendo muy altas, unas mil veces más altas de lo que experimentaría en el fondo de la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, continúan corriendo hacia una meta cercana a cero. Es una carrera que está ganando impulso exponencialmente en la UNLV a medida que los investigadores obtienen una mejor comprensión de la relación química entre el carbono, el azufre y el hidrógeno que componen el material.

“Nuestro conocimiento de la relación entre el carbono y el azufre está avanzando rápidamente, y estamos encontrando proporciones que conducen a respuestas notablemente diferentes y más eficientes que las que se observaron inicialmente”, dijo Salamat, quien dirige NEXCL de la UNLV y contribuyó a la última estudiar. “Observar fenómenos tan diferentes en un sistema similar muestra la riqueza de la Madre Naturaleza. Hay mucho más por 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 observado por primera vez hace más de un siglo, pero solo a temperaturas notablemente bajas que anularon cualquier idea de aplicación práctica. Solo en la década de 1960, los científicos teorizaron que la hazaña podría ser posible a temperaturas más altas. El descubrimiento de 2020 por Salamat y sus colegas de un superconductor a temperatura ambiente entusiasmó al mundo de la ciencia en parte porque la tecnología admite el flujo eléctrico con resistencia cero, lo que significa que la energía que pasa a través de un circuito podría conducirse infinitamente y sin pérdida de potencia. 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 de energía más eficiente.

“La crisis energética global no muestra signos de desaceleración y los costos están aumentando en parte debido a una red de energía de EE. UU. que pierde aproximadamente $30 mil millones anuales debido a la ineficiencia de la tecnología actual”, dijo Salamat. “Para el cambio social, necesitamos liderar con tecnología, y el trabajo que se está realizando hoy está, creo, a la vanguardia de las soluciones del mañana”.

Según Salamat, las propiedades de los superconductores pueden 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 ninguna pérdida de energía”, dijo. “Esta tecnología podría algún día hacerlo posible”.

Referencia: “El contenido de carbono impulsa la superconductividad a alta temperatura en un hidruro de azufre carbonoso por debajo de 100 GPa” por G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snider, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Elyse Jones, Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias y Ashkan Salamat, 7 de julio de 2022, comunicaciones químicas.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, el autor principal, es un ex investigador de pregrado de la UNLV en el laboratorio de Salamat y actualmente 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 con la UNLV; Ranga Dias, Elliot Snider y Elyse Jones con la Universidad de Rochester; Ines E. Collings con los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, Sylvain Petitgirard con ETH Zurich; y Jesse S. Smith del Laboratorio Nacional de Argonne.

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