Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE ha identificado un compuesto de óxido de níquel como un material candidato poco convencional pero prometedor para la superconductividad a alta temperatura.
El equipo sintetizó con éxito cristales individuales de un compuesto metálico de nickelato de tres capas, una hazaña que los investigadores creen que es la primera.
"Está preparado para la superconductividad de una manera que no se encuentra en otros óxidos de níquel. Tenemos muchas esperanzas de que todo lo que tenemos que hacer ahora es encontrar la concentración de electrones correcta".
Este compuesto de óxido de níquel no se superconduce, dijo John Mitchell, miembro distinguido de Argonne y director asociado de la División de Ciencia de Materiales del laboratorio, quien dirigió el proyecto, que combina el crecimiento de cristales, la espectroscopía de rayos X y la teoría computacional. Pero, élagregó: "Está preparado para la superconductividad de una manera que no se encuentra en otros óxidos de níquel. Tenemos muchas esperanzas de que todo lo que tenemos que hacer ahora es encontrar la concentración de electrones correcta".
Mitchell y siete coautores anunciaron sus resultados en la edición de esta semana de Física de la naturaleza .
Los materiales superconductores son tecnológicamente importantes porque la electricidad fluye a través de ellos sin resistencia. Los superconductores de alta temperatura pueden conducir a dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes, redes que pueden transmitir energía sin pérdida de energía y trenes levitadores ultrarrápidos que montan imanes sin fricción en lugar de rieles.
Solo la superconductividad a baja temperatura parecía posible antes de 1986, pero los materiales que superconducen a bajas temperaturas no son prácticos porque primero deben enfriarse a cientos de grados bajo cero. En 1986, sin embargo, el descubrimiento de la superconductividad a alta temperatura en compuestos de óxido de cobre se denominólos cupratos engendraron un nuevo potencial tecnológico para el fenómeno.
Pero después de tres décadas de investigación subsiguiente, exactamente cómo funciona la superconductividad de cuprato sigue siendo un problema definitorio en el campo. Un enfoque para resolver este problema ha sido estudiar compuestos que tienen estructuras cristalinas, magnéticas y electrónicas similares a los cupratos.
Los óxidos a base de níquel, los nickelatos, se han considerado durante mucho tiempo como análogos potenciales de cuprato porque el elemento se encuentra inmediatamente adyacente al cobre en la tabla periódica. Hasta ahora, Mitchell señaló: "Esa ha sido una búsqueda infructuosa".coautores señalan en su Física de la naturaleza papel, "Ninguno de estos análogos ha sido superconductor, y pocos son incluso metálicos"
El nickelate que ha creado el equipo de Argonne es un compuesto tricapa cuasi bidimensional, lo que significa que consta de tres capas de óxido de níquel que están separadas por capas espaciadoras de óxido de praseodimio.
"Por lo tanto, se ve más bidimensional que tridimensional, estructural y electrónicamente", dijo Mitchell.
Este nicquelato y un compuesto que contiene lantano en lugar de praseodimio comparten la estructura tricapa cuasi-bidimensional. Pero el análogo de lantano no es metálico y adopta una fase llamada "franja de carga", una propiedad electrónica que hace que elmaterial un aislante, lo contrario de un superconductor.
"Por alguna razón aún desconocida, el sistema de praseodimio no forma estas rayas", dijo Mitchell. "Sigue siendo metálico y, por lo tanto, es el candidato más probable para la superconductividad".
Argonne es uno de los pocos laboratorios en el mundo donde se pudo crear el compuesto. El horno de zona flotante de imagen óptica de alta presión de la División de Ciencia de Materiales tiene capacidades especiales. Puede alcanzar presiones de 150 atmósferas equivalente a las presiones de aplastamiento encontradasa profundidades oceánicas de casi 5,000 pies y temperaturas de aproximadamente 2,000 grados Celsius más de 3,600 grados Fahrenheit, las condiciones necesarias para hacer crecer los cristales.
"No sabíamos con certeza si podíamos fabricar estos materiales", dijo el investigador postdoctoral de Argonne, Junjie Zhang, el primer autor del estudio. Sin embargo, lograron hacer crecer los cristales que miden unos pocos milímetros de diámetro una pequeña fracciónde una pulgada.
El equipo de investigación verificó que la estructura electrónica del nickelato se asemeja a la de los materiales de cuprato al tomar mediciones de espectroscopía de absorción de rayos X en Advanced Photon Source, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, y al realizar cálculos de teoría funcional de densidad. Científicos de materialesuse la teoría funcional de la densidad para investigar las propiedades electrónicas de los sistemas de materia condensada.
"He pasado toda mi carrera sin fabricar superconductores de alta temperatura", bromeó Mitchell. Pero eso podría cambiar en la siguiente fase de la investigación de su equipo: intentar inducir la superconductividad en su material de nicquelato mediante un proceso químico llamado dopaje electrónico,en el que las impurezas se agregan deliberadamente a un material para influir en sus propiedades.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :