Los materiales superconductores pueden transportar electricidad sin pérdida de calor, lo que es potencialmente revolucionario para las redes eléctricas, los sistemas informáticos y más, y que los hace de gran interés para los científicos.
Sin embargo, para utilizarlos de forma amplia y práctica, necesitamos saber más sobre cómo funcionan los superconductores y hacerlos funcionar a temperaturas y presiones normales.
Incluso los superconductores clasificados como de “alta temperatura” necesitan enfriarse muy por debajo del punto de congelación para comportarse correctamente.
Investigadores de la Universidad de Warwick en el Reino Unido y de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Francia han publicado un estudio en Physical Review Letters que revierte una suposición de 40 años sobre un grupo de superconductores de alta temperatura llamados cupratos (cerámicas a base de cobre).
Desde su descubrimiento en 1986, se piensa que los cupratos tienen una estructura cristalina uniforme internamente.
Esta última investigación sugiere que en realidad están formados por un mosaico de estructuras diferentes.
“Durante cuarenta años, la suposición de trabajo ha sido que estos materiales son iguales en todos sus aspectos, y casi toda la teoría se basa en esa idea”, dice el químico Mark Senn, de la Universidad de Warwick.
“Hemos demostrado que no se sostiene”.
Para hacer el descubrimiento, los investigadores utilizaron una técnica llamada difracción de rayos X 3D (3DXRD), que puede seleccionar estructuras cristalinas en todo el interior de un material midiendo la tensión en diferentes puntos.
El material analizado fue un tipo de cuprato conocido como LESCO (óxido de cobre de lantano-europio-estroncio), que fue probado a temperaturas entre 300 kelvin (26,9 °C / 80,3 °F) y 100 kelvin (-173,2 °C / -279,7 °F).
Es la primera vez que se examina el interior de un cuprato con tanta profundidad y detalle, y el escaneo arrojó una sorpresa: dos disposiciones atómicas diferentes, separadas por límites mucho más anchos de lo que es típico en materiales como este.
“El cristal está fundamentalmente mosaico y texturizado, con regiones límite inusualmente amplias que probablemente actúen en contra de la superconductividad en lugar de limitarse a permanecer junto a ella”, dice Senn.
El descubrimiento proporciona a los científicos una comprensión mucho mejor de las cualidades superconductoras de LESCO y, muy posiblemente, de otros cupratos. Lo que antes se suponía acerca de estos materiales era en realidad una simplificación excesiva.
El movimiento de los electrones es crucial para transportar electricidad a través de un material, y las estructuras y límites identificados en esta investigación podrían afectar la forma en que los electrones se emparejan y organizan en patrones, algo que puede analizarse en estudios futuros.
“Esto podría explicar por qué algunos materiales funcionan mejor que otros y significa que será necesario reinterpretar algunas mediciones masivas existentes y construir modelos teóricos futuros que incorporen esta complejidad estructural”, dice Senn.
A continuación, los investigadores quieren utilizar la misma técnica para observar el interior de otros materiales, incluidos otros cupratos, para ver cómo sus estructuras internas dan forma a su comportamiento.
El descubrimiento muestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre los superconductores, incluso aquellos que se identificaron por primera vez hace cuatro décadas.
Este año ya hemos visto a investigadores establecer nuevos récords de temperatura para superconductores, romper las reglas convencionales de estos materiales e identificar nuevos estados superconductores.
Todo esto nos acerca a poder utilizar la superconductividad fuera del laboratorio y en casos de uso muy especializados (como los escáneres de resonancia magnética).
Una cuestión que necesita más investigación es si los científicos deberían tratar a estos superconductores como materiales únicos en el futuro, o si las diferentes estructuras y los grandes límites encontrados dentro de LESCO significan que tiene más sentido pensar en superconductores como este como varios materiales en uno.
“Las nuevas técnicas experimentales, como el escaneo 3DXRD demostrado aquí, serán fundamentales para capturar los datos estructurales de alta resolución necesarios para enfrentar este desafío, permitiendo una comprensión más matizada de materiales complejos”, escriben los investigadores en su artículo publicado.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.
Este artículo fue verificado por Rebecca Dyer y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.