Imagen de un cristal de miasita cultivado por Paul Canfield - FROM COMMUNICATIONS MATERIALS (2024). DOI: 10.1038
MADRID, 13 Mar. (EUROPA PRESS) -
Científicos del Ames National Laboratory (EEUU) han identificado el primer superconductor no convencional con una composición química que también se encuentra en la naturaleza.
La miasita es uno de los cuatro minerales que se encuentran en la naturaleza y que actúan como superconductor cuando se cultivan en el laboratorio. La investigación de la miasita realizada por el equipo reveló que se trata de un superconductor no convencional con propiedades similares a las de los superconductores de alta temperatura.
Sus hallazgos, publicados en Communications Materials, amplían la comprensión de los científicos sobre este tipo de superconductividad, lo que podría conducir a una tecnología basada en superconductores más sostenible y económica en el futuro.
La superconductividad es cuando un material puede conducir electricidad sin pérdida de energía. Los superconductores tienen aplicaciones que incluyen máquinas médicas de resonancia magnética, cables de alimentación y computadoras cuánticas. Los superconductores convencionales se conocen bien, pero tienen temperaturas críticas bajas. La temperatura crítica es la temperatura más alta a la que un material actúa como superconductor.
En la década de 1980, los científicos descubrieron superconductores no convencionales, muchos de los cuales tienen temperaturas críticas mucho más altas. Según Ruslan Prozorov, científico del Ames Lab, todos estos materiales se cultivan en el laboratorio. Este hecho ha llevado a la creencia generalizada de que la superconductividad no convencional no es un fenómeno natural.
Prozorov explicó que es difícil encontrar superconductores en la naturaleza porque la mayoría de los elementos y compuestos superconductores son metales y tienden a reaccionar con otros elementos, como el oxígeno. Dijo que la miasita (Rh17S15) es un mineral interesante por varias razones, una de las cuales es su compleja fórmula química. "Intuitivamente uno piensa que esto es algo que se produce deliberadamente durante una búsqueda específica y que no es posible que exista en la naturaleza", dijo Prozorov en un comunicado, "pero resulta que sí".
Paul Canfield, profesor distinguido de Física y Astronomía en la Universidad Estatal de Iowa y científico del Ames Lab, tiene experiencia en diseño, descubrimiento, crecimiento y caracterización de nuevos materiales cristalinos. Sintetizó cristales de miasita de alta calidad para este proyecto. "Aunque la miasita es un mineral que se descubrió cerca del río Miass en el Óblast de Chelyabinsk, Rusia", dijo Canfield, "es un mineral raro que generalmente no crece como cristales bien formados".
El cultivo de cristales de miasita fue parte de un esfuerzo mayor para descubrir compuestos que combinen elementos de muy alto punto de fusión (como Rh) y elementos volátiles (como S). "Al contrario de la naturaleza de los elementos puros, hemos ido dominando el uso de mezclas de estos elementos que permiten el crecimiento de cristales a baja temperatura con una presión de vapor mínima", dijo Canfield.
"Es como encontrar un hoyo de pesca escondido que está lleno de peces grandes y gordos. En el sistema Rh-S descubrimos tres nuevos superconductores. Y, a través de las mediciones detalladas de Ruslan, descubrimos que la miasita es un superconductor no convencional".
El grupo de Prozorov se especializa en técnicas avanzadas para estudiar superconductores a bajas temperaturas. Dijo que el material debía estar tan frío como 50 mikelvins, lo que equivale a -273 grados Celsius.
El equipo de Prozorov utilizó tres pruebas diferentes para determinar la naturaleza de la superconductividad de la miasita. La prueba principal se llama "profundidad de penetración de Londres". Determina hasta qué punto un campo magnético débil puede penetrar la masa superconductora desde la superficie. En un superconductor convencional, esta longitud es básicamente constante a baja temperatura. Sin embargo, en los superconductores no convencionales, varía linealmente con la temperatura. Esta prueba demostró que la miasita se comporta como un superconductor no convencional.
Otra prueba que realizó el equipo fue introducir defectos en el material. Prozorov dijo que esta prueba es una técnica característica que su equipo ha empleado durante la última década. Se trata de bombardear el material con electrones de alta energía. Este proceso elimina los iones de sus posiciones, creando así defectos en la estructura cristalina. Este desorden puede provocar cambios en la temperatura crítica del material.
Los superconductores convencionales no son sensibles al desorden no magnético, por lo que esta prueba mostraría muy pocos o ningún cambio en la temperatura crítica. Los superconductores no convencionales tienen una alta sensibilidad al desorden y la introducción de defectos cambia o suprime la temperatura crítica. También afecta el campo magnético crítico del material. En el caso de la miasita, el equipo descubrió que tanto la temperatura crítica como el campo magnético crítico se comportaban como se predijo en superconductores no convencionales.
La investigación de superconductores no convencionales mejora la comprensión de los científicos sobre cómo funcionan. Prozorov explicó que esto es importante porque "descubrir los mecanismos detrás de la superconductividad no convencional es clave para aplicaciones económicamente sólidas de los superconductores".
