El superconductor de temperatura ofrece posibilidades fascinantes – 16/03/2023 – Ciencia

Los New York Times

Los científicos anunciaron la semana pasada un avance espectacular hacia el sueño de un material capaz de transmitir electricidad sin esfuerzo en las condiciones cotidianas. Tal avance podría transformar prácticamente cualquier tecnología que utilice electricidad, abriendo nuevas posibilidades para teléfonos, trenes de levitación magnética y plantas de energía de fusión.

Normalmente, el flujo de electricidad encuentra resistencia a medida que se mueve a través de los cables, casi como una especie de fricción, y parte de la energía se pierde en forma de calor. Hace un siglo, los físicos descubrieron materiales, ahora llamados superconductores, en los que la resistencia eléctrica parecía desaparecer mágicamente. Pero estos materiales solo perdían su fuerza a temperaturas extremadamente frías, lo que limitaba las aplicaciones prácticas. Durante décadas, los científicos han buscado superconductores que funcionen a temperatura ambiente.

El anuncio de la semana pasada es el último intento en esa dirección, pero proviene de un equipo que enfrenta una desconfianza generalizada porque un artículo suyo de 2020 que describía un material superconductor prometedor pero menos práctico fue en la foto (retirado) después de que otros científicos cuestionaran algunos datos.

El nuevo superconductor consta de lutecio e hidrógeno con un poco de nitrógeno mezclado. Debe comprimirse a una presión de 145 000 libras por pulgada cuadrada antes de que adquiera su capacidad superconductora. Eso es aproximadamente diez veces la presión ejercida en el fondo de las fosas oceánicas más profundas.

Pero también es menos de una centésima parte de lo que pedía el resultado de 2020, que era similar a las fuerzas aplastantes que se encuentran a varios miles de kilómetros de profundidad en la Tierra. Esto sugiere que una mayor investigación del material podría conducir a un superconductor que funcione a temperatura ambiente y a una presión atmosférica normal de 14,7 libras por pulgada cuadrada (1 atm).

“Este es el comienzo de un nuevo tipo de material que es útil para aplicaciones prácticas”, dijo Ranga P. Dias, profesor de ingeniería mecánica y física en la Universidad de Rochester, en Nueva York, ante una sala repleta de científicos el último día. día 7 en una reunión de la American Physical Society en Las Vegas.

Una cuenta más completa de los hallazgos de su equipo fue publicado el último día 8 en la revista Nature, la misma que publicó y retrató los hallazgos en 2020.

El equipo de Rochester comenzó con una lámina pequeña y delgada de lutecio, un metal blanco plateado que se encuentra entre los elementos de tierras raras más raros, y la presionó entre dos diamantes entrelazados. A continuación, se bombeó un gas de 99 % de hidrógeno y 1 % de nitrógeno a la cámara pequeña y se comprimió a alta presión. La muestra se calentó durante la noche a 150 grados Fahrenheit (65,5 °C) y después de 24 horas se liberó la presión.

Alrededor de un tercio de las veces, el proceso produjo el resultado deseado: un cristal azul pequeño y vibrante. “Inyectar nitrógeno para hacer hidruro de lutecio no es tan fácil”, dijo Dias.

En uno de los laboratorios de la Universidad de Rochester utilizados por el grupo de Dias, la estudiante graduada Hiranya Pasan demostró la sorprendente propiedad de cambio de tono del material durante la visita de un reportero la semana pasada. A medida que se apretaban los tornillos para aumentar la presión, el azul se volvió rojizo.

“Es muy rosado”, dijo Dias. A presiones aún más altas, dijo, “llega a un rojo brillante”.

En el artículo, los investigadores informaron que los cristales rosados ​​​​exhibían propiedades superconductoras clave, como resistencia cero, a temperaturas de hasta 70 grados Fahrenheit (21 ° C).

“Soy cautelosamente optimista”, dijo Timothy Strobel, científico de la Carnegie Institution for Science en Washington que no participó en el estudio de Dias. “Los datos publicados se ven muy bien”.

“Si esto es real, es un avance realmente importante”, dijo Paul CW Chu, profesor de física en la Universidad de Houston, quien tampoco participó en la investigación.

Sin embargo, la parte del “si” de este sentimiento gira en torno a Dias, quien ha sido perseguido por dudas y críticas, e incluso acusaciones de algunos científicos de que fabricó ciertos datos. Los resultados del artículo de Nature de 2020 aún no han sido replicados por otros investigadores, y los críticos dicen que Dias tardó en permitir que otros miraran sus datos o realizaran análisis independientes de sus superconductores.

Los editores de Nature se retractaron del artículo anterior el año pasado, a pesar de las objeciones de Dias y los otros autores.

“He perdido un poco de confianza en lo que sale de este grupo”, dijo James Hamlin, profesor de física en la Universidad de Florida.

Sin embargo, el nuevo artículo pasó por el proceso de revisión por pares en la misma revista.

Sobre presión

La superconductividad fue descubierta por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes y su equipo en 1911. Los superconductores no solo transportan electricidad con una resistencia eléctrica esencialmente nula, sino que también tienen la extraña habilidad conocida como efecto Meissner, que garantiza un campo magnético cero dentro del material.

Los primeros superconductores conocidos requerían temperaturas de unos pocos grados por encima del cero absoluto, o menos 459,67 grados Fahrenheit. En la década de 1980, los físicos descubrieron los llamados superconductores de alta temperatura, pero incluso estos se convirtieron en superconductores en condiciones mucho más frías que las que se encuentran en el uso diario.

La teoría estándar que explica la superconductividad predice que el hidrógeno debería ser un superconductor a temperaturas más altas si pudiera comprimirse lo suficientemente fuerte. Pero incluso el diamante más resistente se rompe antes de alcanzar presiones de esta magnitud. Los científicos comenzaron a observar el hidrógeno mezclado con otro elemento, suponiendo que los enlaces químicos podrían ayudar a juntar los átomos de hidrógeno.

En la investigación descrita en el artículo retractado de 2020, el grupo de Dias usó hidrógeno, azufre y carbono. Con tres elementos, dijeron los científicos, pudieron modificar las propiedades electrónicas del compuesto para lograr una temperatura superconductora más alta.

Sin embargo, no todos creían esto.

El principal antagonista de Dias es Jorge Hirsch, físico teórico de la Universidad de California, San Diego. Se centró en las mediciones que el grupo de Dias había realizado de la respuesta del compuesto de carbono-azufre-hidrógeno a los campos magnéticos oscilantes, evidencia del efecto Meissner. El guión de la publicación parecía demasiado ordenado y los científicos no explicaron cómo restaron los efectos de fondo.

Cuando Dias publicó los datos sin procesar subyacentes, afirmó Hirsch, su análisis indicó que habían sido generados por una fórmula matemática y realmente no podían medirse en un experimento. “A partir de una medición, no obtienes fórmulas analíticas”, dijo Hirsch. “Obtienes números con ruido”.

Sus quejas sobre Dias se volvieron tan persistentes y estridentes que otros en el campo circularon una carta quejándose de décadas de comportamiento perturbador por parte de Hirsch.

Hirsch es un negador de la teoría BCS, que fue desarrollada en 1957 por tres físicos –John Bardeen, Leon N. Cooper y J. Robert Schrieffer– para explicar cómo funciona la superconductividad. El BCS, dijo, es en muchos sentidos “una mentira”, incapaz de explicar el efecto Meissner. Ofreció su propia explicación alternativa.

En particular, Hirsch ha dicho que no puede haber superconductividad en ninguno de estos materiales de alta presión porque el hidrógeno no puede ser un superconductor. Ganó pocos aliados.

Como el nuevo material a base de lutecio es superconductor a presiones mucho más bajas, muchos otros grupos de investigación podrán intentar replicar el experimento. Dias dijo que quería dar una receta más precisa sobre cómo hacer el compost y compartir muestras, pero primero debe resolver los problemas de propiedad intelectual. Fundó la compañía Unearthly Materials, que planea convertir la investigación en ganancias.

Strobel dijo que comenzaría a trabajar tan pronto como regresara de la conferencia de Las Vegas. “Podemos tener un resultado literalmente en un día”, dijo.

Hirsch también dijo que esperaba que las respuestas llegaran rápidamente. “Si esto es correcto, demostrará que mi trabajo durante los últimos 35 años está equivocado”, dijo. “Lo que me haría muy feliz, porque entonces lo sabría”.

“Pero creo que tengo razón y esto está mal”, agregó Hirsch.

Traducido por Luiz Roberto M. Gonçalves