El grafano dopado debería superconducir a 90K

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Grafano

Nuevos cálculos revelan que el grafano p-dopado debería superconducir a 90K, haciendo posible una generación completamente nueva de dispositivos enfriados por nitrógeno líquido.

Hay un problema con los superconductores de alta temperatura. Hace más de dos décadas que se descubrió que ciertos óxidos de cobre pueden superconducir a temperaturas superiores a 30 K.

Esos años estaban llenos de promesas, hipérboles y ferviente investigación. Los físicos saben ahora que los óxidos de cobre superconducen de una forma completamente distinta a los supercondcutores convencionales BCS (por Bardeen, Cooper y Schrieffer, que desarrollaron la teoría que hay bajo ellos). Y, de nuevo, nadie está de acuerdo en, precisamente, cuál es el nuevo mecanismo. Ni siquiera se ha creado un supreconductor que sea útil a temperatura ambiente, es decir, por encima de la temperatura del nitrógeno líquido.

Incluso con el resurgimiento del entusiasmo del año pasado tras el descubrimiento de que el diboruro de magnesio superconducía a altas temperaturas, probablemente de la misma forma que los BCS de la vieja escuela, pronto se dio paso al malestar cuando los físicos descubrieron que eran incapaces de basarse en tal avance para crear mejores superconductores. Es tentador pensar que los superconductores nunca superarán la barrera del nitrógeno líquido.

Pero hoy se recupera la esperanza gracias a un fascinante conjunto de cálculos llevados a cabo por Gianluca Savini de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido y un par de colegas. Calcularon las propiedades del grafano p-dopado a partir de sus principios básicos y dicen que debería superconducir a la templada temperatura de 90K o más, bien dentro del rango de enfriamiento del nitrógeno líquido.

Es más, el grafano p-dopado debería superconducir de la misma forma que lo hacen los viejos superconductores BCS. Esto es curioso debido a que todo el mundo cree que la superconductividad BCS no puede funcionar a temperaturas altas.

La razón es la energía de la interacción entre los electrones superconductores y el material que los rodea. En los superconductores BCS comunes ésta se cree que es de apenas una decenas de meVs. En los óxidos de cobre, no obstante, estas interacciones tienen una energía de unos cientos de meVs. Esta diferencia es la que hace que los físicos crean que los superconductores BCS nunca trabajarán a la temperatura de los óxidos de cobre.

Y aunque el descubrimiento del diboruro de magnesio superconductor desafía esa idea – la energía de estas interacciones en el MgB2 es mucho mayor. Parece haber tres factores que se unen para hacerlo posible, dicen Savini y compañía. El primero es la energía característica de los fonones en el MgB2 la cual se debe a la extensión de los enlaces y desempeña una parte importante al ayudar a los superconducotres a través de la estructura. Segundo es la densidad de estados de los electrones en el material y finalmente señalan al equilibrio entre el acoplamiento electrón-fonón y la interacción repulsiva electrón-electrón en MgB2.

¿Podría ser posible encontrar materiales en los que estas cantidades puedan ser manipuladas aún más? Puedes apostar que sí. Savini y sus colegas observaron que el diamante p-dopado tiene dos de estas características pero superconduce sólo a 4K.

No obstante, calculan que el grafano p-dopado encaja perfectamente y debería superconducir a 90K en la forma de los viejos BCS. Es más, dicen que hay pistas de que los nanocables de diamante p-dopado podrían tener propiedades similares.

Distintos grupos están ya trabajando con nanocables de diamante dopados.

Las implicaciones de todo esto son asombrosas. Primero está la posibilidad de dispositivos superconductores útiles enfriados sólo por nitrógeno líquido. ¡Por fin!

Pero hay otra implicación más exótica: creando puertas similares a las de un transistor a partir del grafano dopado de distintas formas, debería ser posible crear dispositivos en los que pueda activarse y desactivarse la superconductividad. Esto hará posible una clase totalmente nueva de conmutadores.

Antes de todo eso, no obstante, alguien tiene que hacer el grafano p-dopado. Será difícil. El propio grafano apenas se fabricó por primera vez el año pasado en la Universidad de Manchester. Sería entretenido seguir la carrera para crear y probar la versión p-dopada.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1002.0653: Doped Graphane: a Prototype High-Tc Electron-Phonon Superconductor

Fecha Original: 5 de febrero de 2010
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