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

Un equipo de físicos del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (NEXCL) de la UNLV utilizó una celda de yunque Massey, un dispositivo de investigación similar al que se muestra en la imagen, en su investigación para reducir la presión necesaria para monitorear un material capaz de superconducir a temperatura ambiente. Crédito: Imagen cortesía de NEXCL

Hace menos de dos años, el mundo de la ciencia quedó conmocionado por el descubrimiento de un material capaz de superconducir a temperatura ambiente. Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Nevada Las Vegas (UNLV) ha vuelto a subir la apuesta al reproducir esta 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 repetible que algún día podría revolucionar la forma en que se transporta la energía.

Llegó a los titulares internacionales en 2020 al descubrir Superconductividad a temperatura ambiente por primera vez Escrito por el físico de la UNLV Ashkan Salamat y su colega Ranja Dias, física de la Universidad de Rochester. Para lograr esta hazaña, los científicos hicieron una mezcla química de carbono, azufre e hidrógeno primero en un estado metálico y luego en un estado superconductor a temperatura ambiente usando una presión extremadamente alta (267 gigapascales), condiciones que solo se encuentran en la naturaleza cerca del centro de la tierra.

Avanzando a una velocidad de menos de dos años, los investigadores ahora pueden completar la hazaña a solo 91 gigapascales, aproximadamente un tercio de la presión reportada inicialmente. Los nuevos hallazgos se publicaron como un artículo de avance en la revista comunicación química Este mes.

Súper descubrimiento

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

“Estas son presiones a un nivel que son difíciles de entender y evaluar fuera del laboratorio, pero nuestro curso actual muestra que es posible lograr temperaturas de conducción altas relativamente altas a presiones constantemente bajas, y ese es nuestro objetivo final”, dijo el líder del estudio. autor Gregory Alexander Smith. Estudiante investigadora de posgrado de la UNLV Laboratorio de Condiciones Extremas en Nevada (Nexel). “Al final del día, si queremos hacer que los dispositivos sean útiles para las necesidades de la sociedad, tenemos que reducir la presión necesaria para crearlos”.

Aunque las presiones siguen siendo muy altas, unas mil veces más altas que las que podrías experimentar en el fondo de la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, continúan corriendo hacia un objetivo que se acerca a cero. Es una carrera tórrida 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 avanza rápidamente, y estamos encontrando proporciones que conducen a respuestas significativamente diferentes y más eficientes que las observadas inicialmente”, dijo Salamat, quien dirige NEXCL en la UNLV y contribuyó al último estudio. “Observar fenómenos tan diferentes en un sistema similar solo muestra la riqueza de la Madre Naturaleza. Hay mucho que entender, y cada nuevo avance nos acerca al borde de los dispositivos superconductores cotidianos”.

El Santo Grial de la Eficiencia Energética

La superconductividad es un fenómeno fascinante observado por primera vez hace más de un siglo, pero solo a temperaturas significativamente más bajas se ha descartado cualquier idea de aplicación práctica. Solo en la década de 1960, los científicos plantearon la hipótesis de que esta hazaña podría ser posible a temperaturas aún más altas. El descubrimiento de 2020 por parte de 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 sin resistencia, lo que significa que la energía que pasa a través de un circuito eléctrico puede conducirse infinitamente y sin pérdida de energía. 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 eléctrica más eficiente.

“La crisis energética global no muestra signos de desaceleración, y los costos están aumentando en parte debido a que la red eléctrica de EE. UU. pierde casi $ 30 mil millones anuales debido a la ineficiencia de la tecnología actual”, dijo Salamat. “Para el cambio social, debemos 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 podrían respaldar una nueva generación de materiales que podrían cambiar fundamentalmente la infraestructura energética en los Estados Unidos y más allá.

“Imagínese aprovechar la energía en Nevada y enviarla a todo el país sin ninguna pérdida de energía”, dijo. “Esta tecnología podría hacer eso posible algún día”.

Referencia: “El contenido de carbono aumenta la superconductividad a alta temperatura en hidruro de azufre y carbono por debajo de 100 GPa” por J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard y Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias y Ashkan Salamat, 7 de julio de 2022, disponible aquí. comunicación química.
DOI: 10.1039 / D2CC03170A

Smith, autor principal, es un ex investigador 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 de la UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder y Elise Jones de la Universidad de Rochester; Ines E. Collings con los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, Sylvain Pettigerard con ETH Zurich; y jesse s. Laboratorio Nacional Smith de Argonne.