Superconductividad a Temperatura Ambiente y Altas Presiones

^{Adam Fenster for Sciencenews. "Cuando se aprieta a alta presión entre dos diamantes (mostrados), un material hecho de carbono, azufre e hidrógeno puede transmitir electricidad sin resistencia a temperatura ambiente".}

^{Por Dra. Inés Urdaneta / Físico de Resonance Science Foundation}

La superconductividad es la capacidad que muestran algunos materiales de conducir la electricidad sin ninguna resistencia. Por tanto, sin pérdida de energía. Este comportamiento supondría una enorme ventaja, ya que optimiza la eficiencia de todos nuestros componentes electrónicos y de transmisión eléctrica. Las aplicaciones son infinitas; mejoran las tecnologías actuales, y van desde la imagen por resonancia magnética (IRM) hasta el transporte por levitación magnética y los ordenadores cuánticos. 

Observada por primera vez en 1911, la superconductividad requiere temperaturas que alcancen el cero absoluto, punto en el que se produce una transición brusca en el comportamiento de los electrones, que de repente se acoplan en pares (llamados pares de Cooper), en lugar de repelerse, y fluyen como un superfluido sin ninguna resistencia. En este estado, los campos de flujo magnético son expulsados del interior del material.

En un conductor metálico ordinario, la resistencia disminuye gradualmente a medida que se reduce su temperatura, incluso hasta casi el cero absoluto, por lo que una de las características de los superconductores es la repentina caída a resistencia cero, y la consiguiente circulación perpetua de la corriente, incluso en ausencia de una fuente de energía, una vez alcanzado el estado superconductor. Esta última característica representaría el santo grial de la física, ¡una fuente de energía perpetua!  La advertencia sigue siendo que este extraordinario comportamiento no es sostenible; las condiciones de frío extremo requieren un enorme consumo de energía para mantener la muestra fría, por lo que este tipo de fuente de energía perpetua requeriría un gasto de energía perpetuo para mantenerla en el estado superconductor a tan bajas temperaturas.

Sin embargo, los esfuerzos se han dirigido a crear los materiales y las condiciones adecuadas como para lograr el festín de la superconducción a temperatura ambiente...

Y esto es lo que encontraron Dias y sus colegas al apretar átomos de carbono, hidrógeno y azufre entre las puntas de dos diamantes e iluminar el material con luz láser para inducir reacciones químicas. La presión ejercida por los diamantes en la muestra, es de 267 gigapascales, lo que supone unas 2,6 millones de veces la de la atmósfera terrestre. Cuando la temperatura en el montaje experimental descendió por debajo de los 15° C, la resistencia eléctrica se redujo a cero, como se muestra en la Fig. 1. Luego, al aplicar un campo magnético oscilante al material, el equipo vio que éste lo expulsaba de su interior, al convertirse en un superconductor. Esto confirmó la superconductividad. 

^{Fig. 1 | Superconductividad en el carbono-azufre-hidrógeno a altas presiones. a, Resistencia eléctrica dependiente de la temperatura del sistema C-S-H a altas presiones (P), mostrando transiciones superconductoras a temperaturas tan altas como 287,7 K a 267 GPa.} 

Normalmente, la composición atómica (conocida como estequiometría) de los materiales que experimentan el fenómeno de la superconducción se ha determinado bien, como muestra la figura siguiente, que representa la composición del material, su temperatura crítica (a la que se convierten en superconductores) y el año en que se encontraron.

^{PJRay - Own work, CC BY-SA 4.0, (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46193149)} 

En este experimento concreto, aún no está claro cuál es la reacción química que se produce entre las puntas de diamante, por lo que el material resultante que presenta este comportamiento aún no se entiende del todo. Los autores afirman haber creado un "superhidruro" de lantanio, aunque carecen de una determinación precisa de su estequiometría, así como de las herramientas para determinar dichos parámetros.  Se utilizó la espectroscopia Raman, como una de las herramientas para determinar la composición del material.     

Como explican los autores de esta investigación publicada en Nature, la presión extrema facilita la producción de nuevos materiales cuánticos con estequiometrías únicas y un mecanismo de metalización inducido por la presión, necesario para que un material inicialmente no conductor se convierta en conductor. El hidrógeno parece ser un elemento atómico clave en estos materiales potencialmente superconductores, en los que la superconductividad parece estar impulsada por modos de fonones de hidrógeno de alta frecuencia.

Curiosamente, los autores han visto que la estequiometría específica XHn (donde H es el hidrógeno y X es otro elemento) parece no ser tan crítica como el hecho de tener un entorno químico rico en hidrógeno que imita las propiedades necesarias para la superconductividad, como la densidad de electrones adecuada cerca/en la superficie de Fermi y los modos de fonón de alta frecuencia del hidrógeno metálico puro idealizado.

RSF en perspectiva:

Aunque el mecanismo aún no está claro, permitir las reacciones químicas parece ser un factor clave en este empeño. Una comprensión más profunda de este mecanismo probablemente revelaría características importantes como la disminución de la presión a valores razonables que podrían permitir aplicaciones en la vida real. 

Es interesante señalar que el átomo de hidrógeno es un elemento clave en los nuevos materiales que presentan propiedades superconductoras a temperatura ambiente, en condiciones experimentales adecuadas. A partir de la teoría holográfica generalizada de Nassim Haramein, encontramos que el hidrógeno es la unidad holográfica del universo, por lo que no sería sorprendente ver que el hidrógeno es un componente clave para la mayoría, si no todos, de los fenómenos físicos que nos rodean, incluyendo este extraordinario fenómeno.

Esto recuerda el trabajo de la Dra. Urdaneta, en el que se sondea el espectro Raman aumentado en superficie (SERS) de la dopamina adsorbida en superficies de dióxido de titanio utilizando geometrías moleculares estiradas de la molécula aislada de dopamina. Fue una casualidad descubrir que las características más importantes del SERS en el complejo (en el que se supone que la transferencia de carga de la superficie a la molécula es la responsable del aumento del espectro Raman), podían encontrarse ya en la molécula aislada, simplemente estirando el enlace O-H más ácido de la dopamina. El átomo de hidrógeno aparece aquí también, como factor clave del fenómeno.