Un nuevo material diseñado por un estudiante graduado de la Universidad de Illinois en Chicago podría ayudar a los científicos a abordar uno de los mayores desafíos actuales: construir superconductores que funcionen a temperaturas y presiones normales.
Los superconductores se utilizan ampliamente en aplicaciones cotidianas, desde máquinas de resonancia magnética hasta transmisión de energía. Pero para que funcionen, deben enfriarse a temperaturas extremadamente bajas, lo que limita su potencial. Científicos de todo el mundo están buscando materiales que puedan exhibir superconductividad a temperaturas “muy altas” (en este contexto, cerca de la temperatura ambiente) sin necesidad de sobreenfriamiento.
en un papel para Actas de la Academia Nacional de CienciasAdam Denchfield y un equipo de científicos de la UIC propusieron tres nuevos y prometedores diseños de materiales superconductores. En simulaciones por computadora, los diseños muestran algunas de las propiedades necesarias para la superconductividad a muy altas temperaturas.
Russell Hamley, Hyvon Park, profesor asociado de física y profesor de física y química, fue coautor del artículo con Denchfield, candidato a doctorado en física en la UIC.
Durante décadas, los científicos han buscado materiales que hagan posible la superconductividad (la transmisión de electricidad sin pérdidas) a altas temperaturas, como la temperatura ambiente. Esto permitirá el uso de superconductores para redes eléctricas avanzadas, motores eléctricos más eficientes y trenes de levitación magnética más avanzados.
En 2023, un grupo de científicos publicó un artículo controvertido sobre un material superconductor que contiene el elemento de tierras raras lúteo que funciona a temperaturas cercanas a la ambiente y a la presión atmosférica. La controversia llevó a Denchfield a buscar literatura anterior sobre el tipo de material que describió, llamado trihidruros de tierras raras.
“Observé los resultados y me sentí tan escéptico como muchos otros en el campo”, dijo Denchfield. “Así que me propuse buscar en la literatura explicaciones alternativas y encontré trihidruros de tierras raras que se estaban estudiando a finales de los años 1960”.
Estos estudios anteriores mostraron cambios muy extraños en la conductividad eléctrica del material al enfriarse que aún no se comprenden completamente. Denchfield descubrió que las disposiciones especiales de los átomos de lúteo combinados con hidrógeno y nitrógeno pueden hacer que el material exhiba propiedades interesantes, incluida la superconductividad a alta temperatura.
Su investigación finalmente condujo a un artículo sobre compuestos prometedores de litio, hidrógeno y nitrógeno y resultados experimentales que eran consistentes con la superconductividad. El trabajo del grupo de Hamley fue publicado en el New York Times.
Pero Denchfield no se detuvo ahí. Comenzó a explorar si otras combinaciones y estructuras de hidruros de tierras raras, como reemplazar el lúteo con sus primos de la tabla periódica, el itrio y el escandio, podrían funcionar aún mejor. Con el objetivo de aumentar al máximo la temperatura superconductora, dio con tres tipos de estructuras cúbicas que podrían producir las propiedades deseadas en las simulaciones.
“Básicamente, impulsamos tres estructuras de plantillas de complejidad creciente que queremos que otras personas puedan tomar diferentes elementos y jugar con ellas, conectarlas y jugar”, dijo Denchfield. “Lo describiría como un trabajo de investigación, un trabajo emocionante e inspirador que debería inspirar la búsqueda de una clase completamente nueva de estructuras que podrían ser superconductores de muy alta temperatura”.
Los diseños de materiales descritos en el artículo alcanzan temperaturas críticas (el punto donde aparecen las propiedades superconductoras) por encima de 200 grados Kelvin, equivalente a unos -100 grados Fahrenheit. Algunos diseños pueden alcanzar el “santo grial” de la superconductividad a presión y temperatura ambiente, dijo Denchfield. Para confirmar las predicciones, es necesario sintetizar y probar en el laboratorio materiales recién diseñados.
“La nueva investigación dirigida por Adam se basa en los hitos anteriores de nuestro grupo: el descubrimiento de la primera superconductividad cercana a la temperatura ambiente en otro hidruro de tierras raras bajo presión, luego una superconductividad similar a alta temperatura. La evidencia se basa en K luteum”, dijo Hamley. “La perspectiva de nuevas clases de materiales relacionados con diferentes composiciones es el último capítulo de nuestros apasionantes esfuerzos por descubrir y crear nuevos materiales que algún día podrían revolucionar las tecnologías energéticas”.
