Descubren el misterio del superconductor que ha roto todas las marcas
Uno de los grandes retos de la física es encontrar materiales superconductores a temperatura ambiente y presión ambiental. Por el momento, LaH10 es la que ha batido todos los récords, desde -23ºC a 130 gigapascales hasta el superconductor, a la temperatura más alta y a la presión más baja de todos los tiempos (aunque todavía es un millón de veces la presión atmosférica). Este logro sorprendió profundamente a los científicos en 2019, ya que, según los cálculos teóricos, no estaba previsto que se alcanzaran a presiones tan bajas. Sin embargo, el equipo y colaboradores del físico donostiarra Ion Errea Lope han dado una explicación a lo observado experimentalmente. Es más, han sentado las bases para identificar en el futuro materiales superconductores a menor presión.
Compuestos como LaH10 no existen en nuestra química convencional. Han sido diseñadas y creadas en laboratorio para obtener materiales superconductores. El equipo del quemado no los crea, pero realiza cálculos teóricos para identificar los mejores superconductores en la UPV y en el Centro de Física de Materiales CFM. Según el nuevo trabajo publicado en la revista Nature, en estos cálculos hay que integrar un factor que hasta ahora no había sido considerado: las fluctuaciones cuánticas de los átomos. “Los átomos son objetos cuánticos que se mueven constantemente –dice Errea-. No pueden permanecer quietos en un punto, incluso en cero absoluto (-273º K), se están fluctuando. Estas fluctuaciones pueden afectar enormemente a las propiedades de los materiales, sobre todo en el caso de los átomos pequeños, los de hidrógeno”.
En el caso del LaH10, por ejemplo, los átomos de hidrógeno crean una red entrelazada, una especie de jaula de hidrógeno metálico, que incluye el lantano. Sin fluctuación cuántica, esta jaula se deformaría; se necesitarían temperaturas muy frías para mantener bien la estructura y que el material fuera superconductor. Las fluctuaciones cuánticas son las que mantienen y estabilizan la estructura del compuesto. Así, los resultados de Errea han demostrado que las fluctuaciones cuánticas de los átomos deben tenerse en cuenta en los cálculos para la generación de compuestos superconductores.
“Nuestro trabajo ha demostrado que teniendo en cuenta estas fluctuaciones cuánticas, los compuestos superconductores a temperaturas muy altas son estables incluso a presiones inferiores a las que pensábamos”. El ejemplo de LaH10 ha demostrado que se puede estabilizar en 100 gigapascales menos de lo que se pensaba, en contra de todas las previsiones. El nuevo trabajo del quemado ha demostrado, por tanto, que en los cálculos teóricos no se han tenido en cuenta estas fluctuaciones en la base de la diferencia entre lo que se vio experimentalmente con el LaH10 y lo que se calculó teóricamente.
Hasta el momento se han realizado cálculos de superconductores como si los átomos estuvieran en un punto, sin tener en cuenta las fluctuaciones cuánticas, ya que estos cálculos son muy costosos. Pocos investigadores tienen capacidad técnica para hacerlo. Sin embargo, en los últimos 6-7 años ha conseguido desarrollar programas computacionales de cálculo con los que han obtenido los resultados mencionados. En un plazo aproximado de tres meses, estos recursos de cálculo se pondrán al alcance de todos, esperando que sirvan a la comunidad científica.
De cara al futuro, el nuevo trabajo servirá para identificar compuestos superconductores estables también a presiones menores. Errea se muestra esperanzada: “Hay candidatos. ¡Y tendremos sorpresas, seguro! Igual es decir demasiado que vamos a bajar hasta la presión ambiental, pero uno sabe”.
Más información en la entrevista realizada a Ion Erre en 2019.
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