Superconductores: debido al magnetismo, el hierro debería ser, en teoría, un superconductor pobre. Sin embargo, ciertos materiales basados en hierro poseen propiedades superconductoras finas. ¿Por qué? Debido a que los cinco electrones no unidos que se encuentran en el hierro, como resultado de modos de operación individuales,Resulta que - facilita la superconductividad. Esta nueva y buscada explicación que aparece en la edición de esta semana de ciencia - es el resultado de la cooperación internacional entre expertos del Instituto Niels Bohr NBI i Copenhague, Dinamarca, y colegas de varias otras instituciones científicas en Europa y EE. UU.
Al establecer esto, los científicos han logrado al mismo tiempo ampliar la comprensión general de otro grupo de recién llegados, los superconductores a base de cobre, que, como los superconductores a base de hierro, operan mediante fuertes acciones recíprocas de electrones ya temperaturas relativamente altas, dice Brian Møller Andersen.
"Esto puede ser muy útil en futuros intentos de 'adaptar' nuevos superconductores", dice Brian Møller Andersen, físico de materia condensada en NBI y uno de los científicos detrás de la investigación.
El científico de la Universidad de Cornell EE. UU. Usó este microscopio personalizado, un microscopio de túnel de escaneo de imágenes espectroscópicas, para monitorear la actividad de electrones en superconductores a base de hierro. El microscopio mide 1 metro de altura.temperatura hasta -273 Celcius, una fracción por encima del cero absoluto.
el campo de Brian Møller Andersens es fases 'exóticas' en materias condensadas, es decir, fases y condiciones en las que los materiales muestran reacciones marcadamente diferentes de lo que se ve en las llamadas circunstancias normales y se especializa en superconductores: materias y materiales, típicamente metales oaleaciones, que pueden transmitir electricidad sin pérdida de energía, en realidad un cable sin resistencia.
Tales superconductores existen y se pueden encontrar, por ejemplo, en la gran cantidad de imanes que CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, ha instalado en su acelerador de partículas subterráneas LHC en Ginebra, Suiza, lo que hace posible estudiar partículasa nivel subatómico. Sin embargo, la comunidad investigadora también está muy ansiosa por desarrollar superconductores para propósitos más "mundanos", no menos importante la transmisión de electricidad al público en general, pero aún necesita encontrar soluciones económicamente viables.
La necesidad de tales sistemas de transmisión indudablemente existe, el sistema internacional actual, incluido Dinamarca, se basa en cables de alto voltaje que tienen una resistencia significativa que resulta en pérdidas de transmisión de hasta 10 por ciento 'a lo largo del camino' desde la planta de energía hastaconsumidor final.
Pero a pesar de más de un siglo de investigación intensa, la ciencia aún no ha sido capaz de encontrar superconductores que funcionen a 'temperatura ambiente', de ahí la situación de que los materiales probados para la superconductividad deben enfriarse bienhacia cero absoluto -273,15 Celsius.
Incluso cuando se trabaja con los superconductores de la generación más reciente, el enfriamiento siempre tendrá que superar los -100 grados Celsius, y tal como están las cosas, el enfriamiento exige más energía de la que en teoría podría ahorrarse al transmitir electricidad a través de cables basados en superconductores hechos delos materiales examinados. Es por eso que el método como tal aún no es económicamente viable.
Y ese ha sido el resultado final desde 1911 cuando la científica holandesa Heike Kammerlingh Onnes presentó la sensación científica cursiva de ese año al demostrar que temperaturas muy bajas pueden hacer que algunos materiales muestren propiedades 'exóticas' en forma de superconductividad.
Solo dos años después, Onnes fue galardonado con el Premio Nobel, que realmente desencadenó la búsqueda, aún en curso, de superconductores.
Pila de láminas de hierro
Un miembro de la generación más joven de conductores de resistencia cero, los superconductores a base de hierro, están en el centro del informe de investigadores del NBI, la Universidad de Cornell EE. UU., El Laboratorio Nacional Brookhaven EE. UU., La Universidad de St.Andrews Escocia y otras instituciones científicas publican en el número de esta semana de ciencia .
Este tipo de superconductores fue desarrollado hace 7-8 años en el Instituto de Tecnología de Tokio por el profesor Hideo Hosono, un especialista en materiales japonés, y realmente llamó la atención de colegas de todo el mundo cuando publicó su investigación.
El hierro, al ser magnético, se ha visto durante mucho tiempo como un no-ir cuando se seleccionan candidatos para nuevos superconductores, por la misma razón que el magnetismo y la superconductividad se consideran tradicionalmente incompatibles. El profesor Hosono, sin embargo, logró construir un nuevo tipo de superconductoresutilizando como materiales de construcción cierto derivado de hierro que manipuló, el seleniuro de hierro FeSe es uno de ellos.
En principio, Hosono apiló una gran cantidad de láminas de hierro ultrafinas, pegándolas con átomos pesados, y así terminó con una construcción similar a un glulam con "finas propiedades superconductoras", dice el físico del NBI Brian Møller Andersen:"Y con una superconductividad que aparece a aproximadamente -150 grados Celsius".
Sin embargo, ni siquiera los superconductores de seleniuro de hierro de Hosonos son económicamente viables para fines de transmisión de energía. Y desde que el profesor japonés publicó sus resultados, una pregunta ha quedado sin respuesta: ¿Qué es, más específicamente, lo que provoca la superconductividad en este hierro de tipo glulam?construcción, y ¿cómo puede uno, dada la supuesta incompatibilidad entre magnetismo y superconductividad, comprender teóricamente las finas propiedades superconductoras en las hojas de Hosonos?
Esta ilustración se basa en una comprensión teórica de las mediciones basadas en microscopio realizadas por la Universidad de Cornell. Muestra una capa de hierro bidimensional. La red que se ve aquí mide aproximadamente 10 / 1,000,000 de 1 milímetro en cada lado.Las estructuras en forma de trébol azul oscuro representan dos electrones de hierro diferentes, cada uno expresado individualmente estado orbital. Para llegar a la superconductividad, los electrones deben formar grupos de dos emparejamiento de Cooper, simbolizados por los 'eclipses' de color azul claro.son superconductores, mientras que los rojos no forman pares de Cooper porque contribuyen predominantemente a mantener el magnetismo en todo el sistema.
El artículo científico del Instituto Niels Bohr, Universidad de Cornell, Universidad de St. Andrews et.al. demuestra por primera vez que los cinco electrones de hierro no unidos se comportan de manera fundamentalmente diferente durante el estado de superconductividad. Ilustración: Universidad de Cornell
en cobre
Brian Møller Andersen y sus colegas analizaron exactamente esto en el ciencia -artículo- y los investigadores concluyen que la respuesta depende de alguna manera del hecho de que los cinco electrones no unidos encontrados en el hierro, por lo tanto también en los superconductores de Hosonos, resultaron tener propiedades físicas individuales y modos de operación; características no reportadas previamente enhierro.
La existencia de estas características podría afirmarse con certeza después de varios experimentos llevados a cabo en la Universidad de Cornell, con lo cual Brian Møller Andersen y otros miembros del equipo sometieron los resultados a un extenso proceso computacional para comprender el fenómeno algo enigmáticodesde un punto de vista teórico.
El ciencia el artículo no puede explicar en detalle los modos de trabajo de los superconductores a base de hierro, dice Brian Møller Andersen: "Pero pudimos ver que algunos de los cinco electrones no unidos que forman parte de los superconductores de Hosonos interactúan con una intensidad particular, y enAl mismo tiempo, pudimos ver que estos electrones tienen una tendencia pronunciada a volverse magnéticos. Estos son los mismos electrones detrás de la eficacia de los superconductores a base de hierro: ellos, por así decirlo, despejan el camino necesario para que este material pueda transportar electricidad.sin ninguna resistencia "
Al establecer esto, los científicos han logrado al mismo tiempo ampliar la comprensión general de otro grupo de recién llegados, los superconductores a base de cobre, que, como los superconductores a base de hierro, operan mediante fuertes acciones recíprocas de electrones ya temperaturas relativamente altas, dice Brian Møller Andersen :
"En conclusión, parece que estamos más cerca de poder proporcionar una comprensión más general de la superconductividad a altas temperaturas. Y si tenemos éxito, esa información podría ser instrumental en futuros intentos de construir superconductores nuevos y más eficientes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias - Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :