Mejores superconductores con paladio

¿Se abre ahora la "era de los paladatos" en la investigación de la superconductividad?

26.04.2023 - Austria

El metal precioso paladio podría utilizarse para fabricar superconductores que permanezcan superconductores incluso a temperaturas relativamente altas, según cálculos de la Universidad Técnica de Viena.

Es una de las carreras más apasionantes de la física moderna: ¿cómo podemos producir los mejores superconductores que sigan siendo superconductores incluso a las temperaturas y la presión ambiente más altas posibles? En los últimos años ha comenzado una nueva era de la superconductividad con el descubrimiento de los niquelatos. Estos superconductores se basan en el níquel, razón por la que muchos científicos hablan de la "era del níquel en la investigación de la superconductividad". En muchos aspectos, los niquelatos son similares a los cupratos, basados en el cobre y descubiertos en los años ochenta.

Pero ahora entra en juego una nueva clase de materiales: En una cooperación entre la TU Wien y universidades de Japón, se ha podido simular en el ordenador el comportamiento de diversos materiales con más precisión que antes. Existe una "zona Ricitos de Oro" en la que la superconductividad funciona especialmente bien. Y esta zona no se alcanza ni con el níquel ni con el cobre, sino con el paladio. Esto podría dar paso a una nueva "era de los paladatos" en la investigación de la superconductividad. Los resultados se han publicado ahora en la revista científica "Physical Review Letters".

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En busca de temperaturas de transición más altas

A altas temperaturas, los superconductores se comportan de forma muy similar a otros materiales conductores. Pero cuando se enfrían por debajo de una determinada "temperatura crítica", cambian radicalmente: su resistencia eléctrica desaparece por completo y, de repente, pueden conducir la electricidad sin pérdida alguna. Este límite, en el que un material pasa de un estado superconductor a otro de conducción normal, se denomina "temperatura crítica".

"Ahora hemos podido calcular esta "temperatura crítica" para toda una serie de materiales. Con nuestra modelización en ordenadores de alto rendimiento, pudimos predecir el diagrama de fases de la superconductividad del níquelato con un alto grado de precisión, como demostraron después los experimentos", afirma el profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Técnica de Viena.

Muchos materiales se vuelven superconductores justo por encima del cero absoluto (-273,15 °C), mientras que otros conservan sus propiedades superconductoras incluso a temperaturas mucho más elevadas. Un superconductor que siguiera siendo superconductor a temperatura ambiente y presión atmosférica normales revolucionaría radicalmente la forma en que generamos, transportamos y utilizamos la electricidad. Sin embargo, aún no se ha descubierto un material así. No obstante, los superconductores de alta temperatura, incluidos los de la clase de los cupratos, desempeñan un papel importante en la tecnología, por ejemplo, en la transmisión de grandes corrientes o en la producción de campos magnéticos extremadamente intensos.

¿Cobre? ¿Níquel? ¿O paladio?

La búsqueda de los mejores materiales superconductores posibles es difícil: hay muchos elementos químicos diferentes que entran en cuestión. Se pueden juntar en diferentes estructuras, se pueden añadir pequeñas trazas de otros elementos para optimizar la superconductividad. "Para encontrar los candidatos adecuados, hay que entender a nivel físico-cuántico cómo interactúan los electrones entre sí en el material", explica el profesor Karsten Held.

Esto demostró que existe un nivel óptimo para la fuerza de interacción de los electrones. La interacción debe ser fuerte, pero no demasiado. Existe una "zona dorada" intermedia que permite alcanzar las temperaturas de transición más altas.

Los paladatos como solución óptima

Esta zona dorada de interacción media no se puede alcanzar ni con cupratos ni con niquelatos, pero se puede dar en la diana con un nuevo tipo de material: los llamados paladatos. "El paladio se encuentra directamente una línea por debajo del níquel en la tabla periódica. Las propiedades son similares, pero los electrones están algo más alejados del núcleo atómico y entre sí, por lo que la interacción electrónica es más débil", explica Karsten Held.

Los cálculos del modelo muestran cómo conseguir temperaturas de transición óptimas para los datos del paladio. "Los resultados computacionales son muy prometedores", afirma Karsten Held. "Esperamos poder utilizarlos ahora para iniciar investigaciones experimentales. Si disponemos de toda una nueva clase adicional de materiales con paladatos para comprender mejor la superconductividad y crear superconductores aún mejores, esto podría hacer avanzar todo el campo de la investigación."

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