En el camino hacia los conductores del futuro
Superconductividad en el sulfuro de hidrógeno
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Los cables superconductores pueden transportar electricidad sin pérdida. Esto permitiría una menor producción de energía, reduciendo tanto los costos como los gases de efecto invernadero. Desafortunadamente, el enfriamiento extensivo se interpone, porque los superconductores existentes sólo pierden su resistencia a temperaturas extremadamente bajas. En la revista Angewandte Chemie, los científicos han presentado ahora nuevos hallazgos sobre el sulfuro de hidrógeno en la forma H(3)S, y su análogo del deuterio D(3)S, que se convierten en superconductores a las relativamente altas temperaturas de -77 y -107 °C, respectivamente.
© Wiley-VCH
Esto es incluso cierto en comparación con los actuales precursores, las cerámicas con contenido de cobre con temperaturas de transición que comienzan a unos -135 °C. A pesar de las extensas investigaciones sobre los sistemas de azufre/hidrógeno, aún quedan muchas cuestiones importantes por resolver. La más importante es que el sulfuro de hidrógeno superconductor se producía anteriormente a partir del sulfuro de hidrógeno "normal", H(2)S, que se convertía en un estado similar al de un metal con una composición de H(3)S bajo presiones de alrededor de 150 GPa (1,5 millones de bares). Esas muestras estaban inevitablemente contaminadas por impurezas agotadas por el hidrógeno que pueden distorsionar los resultados experimentales. Para evitar esto, los investigadores dirigidos por Vasily S. Minkov han producido ahora H(3)S estequiométrico calentando el azufre elemental directamente con un exceso de hidrógeno (H(2)) con un láser, bajo presión. También produjeron muestras hechas con deuterio (D(2)), un isótopo de hidrógeno.
La causa de la relativamente alta temperatura de transición del H(3)S son sus átomos de hidrógeno, que resuenan con una frecuencia especialmente alta dentro de la red cristalina. Debido a que los átomos de deuterio son más pesados que los de hidrógeno, resuenan más lentamente, por lo que se esperaban temperaturas de transición más bajas para el D(3)S. El equipo del Instituto Max-Planck de Química (Maguncia, Alemania), la Universidad de Chicago (EE.UU.) y el Centro de Investigaciones Nucleares Soreq (Yavne, Israel) utilizó una variedad de métodos analíticos para perfeccionar los diagramas de fase para el H(3)S y el D(3)S en relación con la presión y la temperatura, y para arrojar luz adicional sobre sus propiedades superconductoras.
A 111 a 132 GPa y 400 a 700 °C, las síntesis produjeron estructuras no metálicas, aislantes de la electricidad (fases Cccm) que no se convierten en metal cuando se enfrían o se presurizan más. Contienen unidades H(2) (o D(2)) dentro de la estructura cristalina, que suprimen la superconductividad. Las estructuras superconductoras deseadas, fases cúbicas de Im-3m, se obtuvieron mediante síntesis por encima de 150 GPa a 1200 a 1700 °C. Son metálicas y brillantes con baja resistencia eléctrica. Entre 148 y 170 GPa, las muestras de Im-3m-H(3)S tuvieron temperaturas de transición alrededor de -77 °C. Los análogos del D(3)S tuvieron una temperatura de transición de alrededor de -107 °C a 157 GPa, lo que es significativamente más alto de lo esperado. La disminución de la presión lleva reversiblemente a una reducción abrupta de la temperatura de transición y a la pérdida de las propiedades metálicas. Esto es causado por las distorsiones romboédricas en la estructura cristalina (fase R3m). El calentamiento bajo presión transforma irreversiblemente la fase R3m en la fase Cccm. R3m es claramente una fase intermedia metaestable que sólo ocurre durante la descomposición.
En el futuro, los investigadores esperan encontrar otros compuestos ricos en hidrógeno que puedan ser convertidos en metales sin altas presiones y que se conviertan en superconductores a temperatura ambiente.
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