Sigue viva la esperanza de un superconductor de alta temperatura revolucionario
Los cálculos de TU Wien (Viena) lo demuestran: El material recién descubierto LK-99 tiene propiedades que podrían ser ventajosas para la superconductividad.
LK-99 es el nombre del material que estos días está siendo objeto de acalorados debates en todo el mundo: Un grupo de investigación coreano publicó a finales de julio de 2023 unos resultados que sugieren que podría ser un superconductor incluso a temperatura ambiente y presión atmosférica normal. Los superconductores conocidos hasta la fecha sólo conservan sus propiedades cuando se enfrían a temperaturas muy bajas o se someten a presiones extremadamente altas.
Si se confirma esta hipótesis, sería un gran avance: Un superconductor de alta temperatura de este tipo ha sido calificado en repetidas ocasiones como el "Santo Grial" de la ciencia de materiales. Un material así revolucionaría nuestra forma de generar, transportar y almacenar electricidad y de utilizar motores eléctricos. Sin embargo, sigue habiendo dudas justificadas. En la TU Wien (Viena), el material se ha analizado ahora con simulaciones por ordenador y se han hecho algunos descubrimientos interesantes: Los estados de electrones calculados son, en efecto, bastante favorables para la superconductividad. Por supuesto, esto aún no es una prueba de superconductividad, pero es otra razón para prestar mucha atención al nuevo material.
El primer paso es la estructura de bandas
El profesor Liang Si, de la Universidad Northwestern de Xi'an, y el profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Técnica de Viena, iniciaron simulaciones por ordenador para analizar el nuevo material LK-99 inmediatamente después de conocerse el descubrimiento. "La llamada estructura de bandas del material es crucial", explica Karsten Held. "Nos dice qué combinaciones de velocidad y energía son posibles para los electrones en este material. Si se conoce esta estructura de bandas, se puede saber mucho sobre las propiedades eléctricas del material".
Utilizando la teoría del funcional de la densidad, Liang Si y Karsten Held pudieron calcular esta estructura de banda. Resulta que la repulsión eléctrica entre los electrones significa que el material en su forma pura debería ser en realidad un aislante de Mott, es decir, un material que no conduce ninguna corriente, en cierto sentido lo contrario de un superconductor. Por tanto, en los experimentos se utilizó probablemente de forma no intencionada una versión dopada del material, es decir, una en la que se incorporaron ciertos átomos adicionales. Y cuando se añaden electrones adicionales (o viceversa: se eliminan) al material mediante este tipo de dopaje, el resultado es completamente distinto.
"Vemos líneas relativamente planas en la estructura de bandas, y sabemos que hay diferentes mecanismos que pueden conducir a la superconductividad en una estructura de bandas de este tipo", afirma Karsten Held. Así que parece posible que el LK-99 (con el dopaje adecuado) sea un superconductor. "Así lo confirma otro grupo de investigación de Pekín, que en sus primeros experimentos llegó a la conclusión de que el LK-99 es un aislante paramagnético. Hay que dopar el material para conseguir la estructura de bandas que potencialmente permite la superconductividad", explicó Held.
Otros tres grupos de investigación también realizaron cálculos de teoría del funcional de la densidad al mismo tiempo, con resultados similares. "Esto aún no es una prueba de superconductividad a alta temperatura; todavía es posible que no sea un superconductor. Pero nuestros resultados al menos alimentan la esperanza de que pueda tratarse de un superconductor de alta temperatura", afirma Karsten Held.
¿Superconductividad o diamagnetismo?
Cuando se coloca un superconductor sobre un imán, la corriente eléctrica empieza a fluir por la superficie del superconductor, lo que a su vez genera un campo magnético. El superconductor es repelido por el imán y, por tanto, puede flotar sobre él. Por ello, uno de los argumentos centrales para demostrar que el LK-99 es un superconductor fue un vídeo en el que se veía al LK-99 flotando por encima de un imán. Desde entonces, estos experimentos han sido confirmados por otros grupos experimentales.
Sin embargo, se ha criticado que podría tratarse de un efecto diferente - después de todo, existen varias formas de magnetismo: la más conocida es el ferromagnetismo, mostrado, por ejemplo, por trozos de hierro que pueden ser atraídos con un imán. Los materiales paramagnéticos también pueden ser atraídos por un imán, pero, a diferencia del hierro, no pueden magnetizarse de forma permanente. Lo contrario es el diamagnetismo: los materiales diamagnéticos son repelidos por un imán.
"Por lo tanto, es concebible que LK-99, si se suspende sobre un imán, también podría ser un diamagneto ordinario. Esto también se ha sospechado repetidamente en los últimos días", afirma Karsten Held. Sin embargo, según los cálculos teóricos, él mismo lo considera ahora menos probable: "Las propiedades electrónicas que hemos calculado no nos llevan a esperar que LK-99 sea un diamagneto. Al contrario, dada la distribución de electrones, cabría esperar más bien que el LK-99 fuera paramagnético". Los experimentos de Pekín muestran exactamente eso, un aislante paramagnético. Esto significaría que la levitación de las muestras de LK-99 indicaría efectivamente una transición al estado superconductor.
¿Se ha encontrado el "Santo Grial de la ciencia de materiales"? Se necesitan muchos más pasos para verificarlo. "Todavía hay buenas razones para ser escépticos", afirma Karsten Held. Por el momento, no apostaría mi dinero a que se trata de un superconductor de alta temperatura, al menos no con una probabilidad de 1 a 1". Pero los resultados muestran al menos que el LK-99 es un material muy interesante que merece una mayor atención. Sigue siendo apasionante".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
