Un superconductor a temperatura ambiente es un material hipotético capaz de mostrar superconductividad por encima de los 0 °C (273 K; 32 °F), temperaturas de funcionamiento que se encuentran comúnmente en entornos cotidianos. En 2023, el material con la temperatura superconductora más alta aceptada era el decahidruro de lantano altamente presurizado , cuya temperatura de transición es de aproximadamente 250 K (−23 °C) a 200 GPa. [1] [2]
A presión atmosférica estándar , los cupratos actualmente tienen el récord de temperatura, manifestando superconductividad a temperaturas tan altas como 138 K (−135 °C). [3] Con el tiempo, los investigadores han encontrado constantemente superconductividad a temperaturas previamente consideradas inesperadas o imposibles, desafiando la noción de que lograr superconductividad a temperatura ambiente era inviable. [4] [5] El concepto de efectos transitorios de "temperatura cercana a la ambiente" ha sido un tema de discusión desde principios de la década de 1950.
Informes
Desde el descubrimiento de los superconductores de alta temperatura (se entiende por "alta" aquella temperatura superior a 77 K (−196,2 °C; −321,1 °F), el punto de ebullición del nitrógeno líquido ), se ha afirmado, aunque no se ha confirmado, que varios materiales son superconductores a temperatura ambiente. [6]
Estudios corroborados
En 2014, un artículo publicado en Nature sugirió que algunos materiales, en particular el YBCO ( óxido de itrio, bario y cobre ), podrían lograr una breve superconducción a temperatura ambiente utilizando pulsos láser infrarrojos . [7]
En 2015, un artículo publicado en Nature por investigadores del Instituto Otto Hahn sugirió que bajo ciertas condiciones como presión extrema H 2S pasó a una forma superconductora H 3S a 150 GPa (alrededor de 1,5 millones de veces la presión atmosférica) en una celda de yunque de diamante . [8] La temperatura crítica es de 203 K (−70 °C), que sería la Tc más alta jamás registrada y su investigación sugiere que otros compuestos de hidrógeno podrían superconducir hasta 260 K (−13 °C). [9] [10]
También en 2018, los investigadores observaron una posible fase superconductora a 260 K (−13 °C) en el decahidruro de lantano ( La H 10) a presión elevada (200 GPa ). [11] En 2019, el material con la temperatura superconductora más alta aceptada fue el decahidruro de lantano altamente presurizado, cuya temperatura de transición es de aproximadamente 250 K (−23 °C). [1] [2]
Estudios no corroborados
En 1993 y 1997, Michel Laguës y su equipo publicaron evidencia de superconductividad a temperatura ambiente observada en nanoestructuras ultradelgadas de BiSrCaCuO depositadas mediante MBE. [12] [13] Estos compuestos exhiben resistividades extremadamente bajas, órdenes de magnitud inferiores a la del cobre, características I(V) fuertemente no lineales y comportamiento I(V) histerético.
En 2003, un grupo de investigadores publicó resultados sobre la superconductividad a alta temperatura en hidruro de paladio (PdH x : x > 1 ) [15] y una explicación en 2004. [16] En 2007, el mismo grupo publicó resultados que sugerían una temperatura de transición superconductora de 260 K, [17] con una temperatura de transición que aumenta a medida que aumenta la densidad del hidrógeno dentro de la red de paladio. Esto no ha sido corroborado por otros grupos.
En marzo de 2021, un anuncio informó sobre la superconductividad en un material estratificado de itrio-paladio-hidróxido a 262 K y una presión de 187 GPa. El paladio puede actuar como catalizador de migración de hidrógeno en el material. [18]
El 31 de diciembre de 2023 se publicó en la revista "Advanced Quantum Technologies" el artículo "Superconductividad global a temperatura ambiente en grafito", que afirma haber demostrado la superconductividad a temperatura ambiente y presión ambiental en grafito pirolítico altamente orientado con densas matrices de defectos lineales casi paralelos. [19]
En 2012, un artículo de Advanced Materials afirmó el comportamiento superconductor del polvo de grafito después del tratamiento con agua pura a temperaturas de hasta 300 K y superiores. [20] [ ¿ fuente poco confiable? ] Hasta ahora, los autores no han podido demostrar la aparición de una fase Meissner clara y la desaparición de la resistencia del material.
En 2018, Dev Kumar Thapa y Anshu Pandey de la Unidad de Química Estructural y del Estado Sólido del Instituto Indio de Ciencias de Bangalore afirmaron la observación de superconductividad a presión ambiente y temperatura ambiente en películas y pellets de un material nanoestructurado que está compuesto de partículas de plata incrustadas en una matriz de oro. [21] Debido a patrones de ruido similares de gráficos supuestamente independientes y la falta de revisión por pares de la publicación , los resultados han sido cuestionados. [22] Aunque los investigadores repitieron sus hallazgos en un artículo posterior en 2019, [23] esta afirmación aún debe verificarse y confirmarse. [ cita requerida ]
Desde 2016, un equipo dirigido por Ranga P. Dias ha producido una serie de artículos retractados o cuestionados en este campo. En 2016 afirmaron haber observado hidrógeno metálico sólido en 2016. [24] En octubre de 2020, informaron de superconductividad a temperatura ambiente a 288 K (a 15 °C) en un hidruro de azufre carbonoso a 267 GPa, activado en cristalización mediante láser verde. [25] [26] Esto se retractó en 2022 después de que se identificaran fallas en sus métodos estadísticos [27] y condujeran al cuestionamiento de otros datos. [28] [29] [30] [31] [32] [33] En 2023 informó de superconductividad a 294 K y 1 GPa en hidruro de lutecio dopado con nitrógeno , en un artículo ampliamente recibido con escepticismo sobre sus métodos y datos. Más tarde, en 2023, se descubrió que había plagiado partes de su disertación de la tesis de otra persona y que había inventado datos en un artículo sobre disulfuro de manganeso , que fue retractado. [34] El artículo sobre el hidruro de lutecio también fue retractado. [ cita requerida ] Los primeros intentos de replicar esos resultados fracasaron. [35] [36] [37]
El 23 de julio de 2023, un equipo coreano afirmó que la apatita de plomo dopada con Cu, a la que llamaron LK-99 , era superconductora hasta 370 K, aunque no lo habían observado completamente. [38] Publicaron dos preimpresiones en arXiv , [39] publicaron un artículo en una revista, [40] y presentaron una solicitud de patente. [41] Las observaciones informadas fueron recibidas con escepticismo por los expertos debido a la falta de firmas claras de superconductividad. [42] La historia fue ampliamente discutida en las redes sociales, lo que llevó a una gran cantidad de intentos de réplicas, ninguno de los cuales tuvo más que un éxito calificado. A mediados de agosto, una serie de artículos de importantes laboratorios proporcionaron evidencia significativa de que LK-99 no era un superconductor, encontrando una resistividad mucho mayor que el cobre y explicando los efectos observados, como la respuesta magnética y las caídas de resistencia en términos de impurezas y ferromagnetismo en el material. [43] [44]
Teorías
Apareamiento mediado por hidrógeno metálico y fonones
Un equipo de la Universidad de Harvard ha afirmado que ha creado hidrógeno metálico y ha informado de una presión de 495 GPa. [46] Aunque todavía no se ha determinado la temperatura crítica exacta, es posible que en las primeras pruebas con magnetómetro realizadas en una muestra original ahora perdida hayan aparecido débiles signos de un posible efecto Meissner y cambios en la susceptibilidad magnética a 250 K. Un equipo francés está trabajando con formas de rosquilla en lugar de planas en las puntas de diamante. [47]
Polímeros orgánicos y apareamiento mediado por excitones
En 1964, William A. Little propuso la posibilidad de superconductividad de alta temperatura en polímeros orgánicos . [48]
Otros hidruros
En 2004, Ashcroft retomó su idea y sugirió que los compuestos ricos en hidrógeno pueden volverse metálicos y superconductores a presiones más bajas que el hidrógeno. Más específicamente, propuso una nueva forma de precomprimir químicamente el hidrógeno mediante el examen de los hidruros IVa . [49]
En 2014-2015, se observó superconductividad convencional en un sistema de hidruro de azufre ( H2S o H 3S ) a 190 K a 203 K a presiones de hasta 200 GPa.
En 2016, una investigación sugirió un vínculo entre el hidruro de paladio que contiene pequeñas impurezas de nanopartículas de azufre como una explicación plausible para las caídas anómalas de resistencia transitoria observadas durante algunos experimentos, y la absorción de hidrógeno por cupratos se sugirió a la luz de los resultados de 2015 en H2S como una explicación plausible para las caídas de resistencia transitoria o "USO" observadas en la década de 1990 por Chu et al. durante la investigación después del descubrimiento de YBCO . [ cita requerida ] [50]
Se ha predicho que Sc H 12(dodecahidruro de escandio) exhibiría superconductividad a temperatura ambiente – T c entre 333 K (60 °C) y 398 K (125 °C) – bajo una presión que se espera que no exceda los 100 GPa. [51]
Algunos esfuerzos de investigación se están dirigiendo actualmente hacia los superhidruros ternarios , donde se ha predicho que Li 2MgH 16(hexadecahidruro de dilitio y magnesio) tendría una Tc de 473 K (200 °C) a 250 GPa. [52] [ 53]
Acoplamiento por giro
También es posible que si la explicación del bipolarón es correcta, un material normalmente semiconductor pueda transformarse, en determinadas condiciones, en un superconductor si se supera un nivel crítico de acoplamiento de espín alterno en un único plano dentro de la red; esto puede haberse documentado en experimentos muy tempranos de 1986. La mejor analogía en este caso sería la magnetorresistencia anisotrópica , pero en este caso el resultado es una caída a cero en lugar de una disminución dentro de un rango de temperatura muy estrecho para los compuestos probados, similar a la "superconductividad reentrante". [ cita requerida ] [54]
En 2018, se encontró evidencia de que los electrones tienen estados de espín 3/2 anómalos en YPtBi. [55] Aunque YPtBi es un superconductor de temperatura relativamente baja, esto sugiere otro enfoque para crear superconductores. [56]
Los "bipolarones cuánticos" podrían describir cómo un material podría superconducir hasta casi la temperatura ambiente. [57]
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