Nuevo superconductor con resistencia cero a presión ambiente y extrema

Un grupo de investigadores ha descubierto una aleación metálica que puede conducir la electricidad con resistencia cero -un superconductor– en condiciones que van desde la presión ambiente a la que existe cerca del centro de la Tierra (190,6 GPa). El material, probablemente el primero en mostrar esta clase de superconductividad robusta, es descrito en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

El material es miembro de una nueva familia de aleaciones metálicas conocida como “aleaciones de alta entropía”, compuestas por mezclas de elementos aleatorios a escala atómica del grupo de “metales de transición” de la tabla periódica. Estas aleaciones son interesantes por múltiples razones, también la estructural. Tienen estructuras cristalizadas simples, pero los metales están dispuestos de forma aleatoria en los puntos reticulares, lo que da a cada uno propiedades de un vidrio y un material cristalino.

La aleación de alta entropía estudiada en este trabajo es única y puede superconducir la electricidad continuamente desde presiones bajas a altas, incluso en las existentes en el área exterior del núcleo de nuestro planeta. Este descubrimiento fue hecho por un grupo de científicos del Institute of Physics de la Academia China de Ciencias y del Chemistry Department de Princeton University. La aleación estudiada está compuesta por tántalo (Ta), niobio (Nb), hafnio (Hf), zirconio (Zr) y titanio (Ti).

«Hemos observado que esta aleación de alta entropía permanece en un estado de resistencia eléctrica nula desde presiones bajas a la que hay en el área exterior del núcleo de nuestro planeta, sin cambios estructurales”, afirma uno de los investigadores senior, el profesor Liling Sun, del Institute of Physics en Beijing, China.

Robert Cava, profesor de Química en Princeton, otro de los autores senior, añade que «Este es un hecho notable -no conocemos otro material similar- y convierte a esta aleación de alta entropía en un candidato prometedor para nuevas aplicaciones de superconductividad en condiciones extremas”.

Los investigadores aplicaron presión a esta aleación utilizando una celda de yunque de diamante, un dispositivo que utiliza las caras pulidas de dos diamantes -uno de los materiales más duros de la Tierra- para exprimir una muestra de material situada entre ambos.

Para controlar los posibles cambios estructurales de la muestra, los investigadores utilizaron un sincotrón de difracción de rayos X (XRD), situado en Shanghai. Este aparato permite obtener información estructural de una muestra cristalina en función del patrón que los rayos X producen después de difractar de los átomos de la muestra. Combinaron estas técnicas con mediciones complementarias de resistividad y magnetorresistencia, para caracterizar la superconductividad.

Los resultados muestran que la aleación de alta entropía conserva su estructura cristalina, aún bajo una compresión considerable. Por ejemplo, bajo una presión de unos 96 GPa, el volumen se redujo un 28%.

Sun, Cava y sus compañeros de investigación atribuyen el comportamiento único y la estabilidad del material a su fuerte estructura de cristal, combinada con la naturaleza aparentemente robusta de su estructura electrónica cuando se somete a una gran cantidad de compresión reticular.

Fuente: PNAS.