El grafano dopado debería superconducir a 90K

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
Enlace Original

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Comments (5)

  1. Jurl

    El grafano es grafeno hidrogenado, así que en vez de tener el esqueleto nuclear coplanar (el grafano no tiene orbitales en resonancia), es una serie de toboganes (o de sillas de ciclohexano) sube-baja xD.

    Los autores del artículo rezuman un optimismo contagioso sobre el dopado monoagujeril xD:
    Doping could be achieved by gating, including using an electrolyte gate, or by charge transfer, as done in graphene. Substitional doping of graphene was also reported, up to ~ 10¹⁴ cm⁻².

  2. El artículo es importante y nos habla de cuestiones que pueden incidir de manera muy crucial en el devenir de nuestra tecnología. Sin embargo, no está nada claro que, realmente, se puedan obtener superconductores a altas temperaturas, algún párrafo del artículo lo deja claro:

    “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.”

    En otra parte se llega a decir: “Es tentador pensar que los superconductores nunca superarán la barrera del nitrógeno líquido.” O, lo que es lo mismo,posibles superconductores a temperatura ambiente.

    El Grafano es un derivado del Grafeno y, según he podido leer por ahí…:

    “El grafeno, descubierto en esta Universidad en el 2004, es un cristal de un solo átomo de espesor con altísimas y muy raras propiedades conductoras que lo han convertido en uno de los temas más atractivos en la física y la ciencia de los materiales. Su uso ha sido pronosticado para muchas futuras aplicaciones en la electrónica y la fotónica”.

    Son interesantes las cosas que aquí se dicen y los posibles resultados finales que se podrían llegar a alcanzar. Ya sabemos que la superconductividad descubierta en 1911 por Kamerlingh Onnes y su explicación completa que pudo ser dada en 1957, cuando Bardeen, Cooper y Schrieffer (BCS) propusieron que, a energías suficientemente bajas, la interacción retardad entre electrones mediada por fotones, induce a la formación de pares de electrones que, , al condensar en un único estado cuántico, pueden moverse sin experimentar resistencia.

    Sí, es verdad que se puede hablar de otros caminos pero, ¿donde están?

    Es magnifico poder hacer afirmaciones sobre la naturaleza que, al final, se puedan demostrar verdaderas o falsas. Ese es el verdadero discurrir de la Ciencia. No puede ocurrir como ocurre con las matemáticas puras, porque en matemáticas, por así decirlo, uno no puede estar equivocado sin parecer estúpido pero, en Física o en cualuiqer otra disciplina, uno puede lanzar una hipótesis y estar equivocado sin parecer estúpido, y, desde luego, el artículo nos habla de una posibilidad.

    El material superconductor pierde toda resistencia al paso de una corriente eléctrica por debajo de de una cierta temperatura Tc llamada crítica, y por tanto deja de susfrir pérdidas de energía en forma de calor al conducir esa corriente eléctrica.

    Lamentablemente, el superconductor con la máxima teperatura crítica corresponde apenas a 164 K o 109 grados Celcius negativos) de modo que hay que utilizar refrigenrantes como el helio (He) o el nitrógeno (Н₂) líquido para mantener el material a esas temperaturas de operación bajísimas.

    Creo que ya he havlado aquí de todo esto en otro comentario, así que aquí lo dejo, no sin antes decir que es importante los intentos que se están realizando por conseguir la superconductividad a temperatura ambiente: ¡Un sueño!

  3. La relevancia de estos experimentos y su importancia futura son tan grandes que, no muchos cuando lo leeen llegan a alcanzar su verdadera importancia. En el caso de la Superconductividad de alta temperastura, no sólo es algo que no había sido predicho, sino que, había sido “antipredicho”. Son innumerables los artículos que decían que la superconductividad nunca podría darse por encima de 30 K y, aquí en el artículo nos hablan de 90 K pero, en realidad, la tenemos a 160 K y, ese simple hecho, es una auténtica maravilla que nos deja en la mente la idea de que, en un futuro no muy lejano, se podría conseguir a temperatura ambiente que, en realidad, es el sueño final.

    Al menos en principio, hay posibilidades de aplicaciones industriales, sólo que no donde se pensaba que iban a estar (levitación magnética, líneas de transmisión de alta potencia). Hoy no parece haber indicios de que vayan a ser viables. Por otra parte, las aplicaciones en magnetometría, por ejemplo, parecen muy prometedoras y no debemos extrañarnos de que pronto se pueda contar con la superconductividad a temperatura ambiente.

    Lo mismo ocurría con el caso del condensado de Bose-Einstein que, siendo un caso distinto, porque había sido predicha hace tiempo sólo era cuestión de habilidad e inteligencia experimental conseguir que ocurriera. Los destacados avances experimentales en los últimos años (como los enfriamientos láser y evaporativo) que han permitido convertirla en una realidad.

    Todos estos avances son sorprendentes y están acercando incómodamente las paradojas de las medidas cuánticas a nuestras vidas cotidianas. Lo de incómodo se refiere a que, en nuestras vidas cotidianas rodeadas de lo macroscópico, nada coincide con ese mundo profundamente escondido de lo infinitesimal y que difiere de nuestro sentido común, de lo que “nuestro mundo” nos lleva a comprender y asimilar. resulta extremadamente extraño lo que ocurre en las profundidades del átomo y los fenómenos que allí se producen y que, desde luego, se rigen por otros mecanismos que nos son extraños.

    Tanto en este campo como en otros de la Física, los avances son imparables y se están consiguiendo resultados que pronto, asombraran al mundo. No es que vayamos hacia el futuro es que el futuro viene hacia nosotros a una velocidad arrolladora. La evolución de la Física y la manera en que en los últimos tiempos está sintetizando el conocimiento físico de la Naturaleza está alcanzando unas cotas que, de seguir así, pronto, nos parecerá estar viviendo en otro mundo muy diferente del nuestro, tal es la velocidad y la exponencialidad con la que se están obteniendo respuestas a preguntas planteadas hace mucho tiempo y que nadie, hasta el momento, sabía contestar.

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