Descobreixen el misteri del superconductor que ha trencat totes les marques
Un dels grans reptes de la física és trobar materials superconductors a temperatura ambient i pressió ambiental. De moment, LaH10 és la que ha batut tots els rècords, des de -23 °C a 130 gigapascales fins al superconductor, a la temperatura més alta i a la pressió més baixa de tots els temps (encara que encara és un milió de vegades la pressió atmosfèrica). Aquest assoliment va sorprendre profundament els científics en 2019, ja que, segons els càlculs teòrics, no estava previst que s'aconseguissin pressions tan baixes. No obstant això, l'equip i col·laboradors del físic donostiarra Ió Errea Lope han donat una explicació a l'observat experimentalment. És més, han establert les bases per a identificar en el futur materials superconductors a menor pressió.
Compostos com LaH10 no existeixen en la nostra química convencional. Han estat dissenyades i creades en laboratori per a obtenir materials superconductors. L'equip del cremat no els crea, però realitza càlculs teòrics per a identificar els millors superconductors en la UPV i en el Centre de Física de Materials CFM. Segons el nou treball publicat en la revista Nature, en aquests càlculs cal integrar un factor que fins ara no havia estat considerat: les fluctuacions quàntiques dels àtoms. “Els àtoms són objectes quàntics que es mouen constantment –diu Errea-. No poden romandre quiets en un punt, fins i tot en zero absolut (-273è K), s'estan fluctuant. Aquestes fluctuacions poden afectar enormement les propietats dels materials, sobretot en el cas dels àtoms petits, els d'hidrogen”.
En el cas del LaH10, per exemple, els àtoms d'hidrogen creen una xarxa entrellaçada, una espècie de gàbia d'hidrogen metàl·lic, que inclou el lantani. Sense fluctuació quàntica, aquesta gàbia es deformaria; es necessitarien temperatures molt fredes per a mantenir bé l'estructura i que el material fos superconductor. Les fluctuacions quàntiques són les que mantenen i estabilitzen l'estructura del compost. Així, els resultats d'Errea han demostrat que les fluctuacions quàntiques dels àtoms han de tenir-se en compte en els càlculs per a la generació de compostos superconductors.
“El nostre treball ha demostrat que tenint en compte aquestes fluctuacions quàntiques, els compostos superconductors a temperatures molt altes són estables fins i tot a pressions inferiors a les que pensàvem”. L'exemple de LaH10 ha demostrat que es pot estabilitzar en 100 gigapascales menys del que es pensava, en contra de totes les previsions. El nou treball del cremat ha demostrat, per tant, que en els càlculs teòrics no s'han tingut en compte aquestes fluctuacions en la base de la diferència entre el que es va veure experimentalment amb el LaH10 i el que es va calcular teòricament.
Fins al moment s'han realitzat càlculs de superconductors com si els àtoms estiguessin en un punt, sense tenir en compte les fluctuacions quàntiques, ja que aquests càlculs són molt costosos. Pocs investigadors tenen capacitat tècnica per a fer-ho. No obstant això, en els últims 6-7 anys ha aconseguit desenvolupar programes computacionals de càlcul amb els quals han obtingut els resultats esmentats. En un termini aproximat de tres mesos, aquests recursos de càlcul es posaran a l'abast de tots, esperant que serveixin a la comunitat científica.
De cara al futur, el nou treball servirà per a identificar compostos superconductors estables també a pressions menors. Errea es mostra esperançada: “Hi ha candidats. I tindrem sorpreses, segur! Igual és a dir massa que baixarem fins a la pressió ambiental, però un sap”.
Més informació en l'entrevista realitzada a Ió Erra en 2019.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
