por Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y de la Universidad de Stanford dicen que han encontrado una manera de hacer películas delgadas de un nuevo y emocionante superconductor de óxido de níquel sin defectos extensos.
Esto no solo mejora la capacidad del material para conducir electricidad sin pérdida, dijeron, sino que también les permite descubrir su verdadera naturaleza y propiedades, tanto dentro como fuera del estado superconductor, por primera vez.
Su primer vistazo a un óxido de níquel superconductor, o niquelato, sin defectos reveló que se parece más a los cupratos, que tienen el récord mundial de alta temperatura de superconductividad inusual sobre la presión normal, de lo que se pensaba anteriormente. Por ejemplo, cuando el niquelato se ajusta para optimizar su superconductividad y luego se calienta por encima de su temperatura superconductora, su resistencia al flujo de corriente eléctrica aumenta de forma lineal, como ocurre con los cupratos.
Las sorprendentes similitudes, dijeron, podrían significar que estos dos materiales diferentes logran la superconductividad de la misma manera.
Es el paso más reciente en una búsqueda de 35 años para desarrollar superconductores que puedan operar cerca de la temperatura ambiente, revolucionando la electrónica, el transporte, la transmisión de energía y otras tecnologías al permitirles operar sin desperdiciar resistencia eléctrica de energía.
El equipo de investigación, dirigido por Harold Hwang, director del Instituto Stanford de Ciencias de los Materiales y la Energía (SIMES) en SLAC, describió su trabajo hoy en la revista Naturaleza.
«Las películas de niquelato son realmente inestables y, hasta ahora, nuestros esfuerzos por estabilizarlas sobre otros materiales han producido defectos como baches para los electrones», dijo Kyuho Lee, investigador posdoctoral de SIMES que contribuyó al descubrimiento de la superconductividad en los niquelatos durante cuatro años. hace y ha estado trabajando en ellos desde entonces.
«Estos problemas de calidad han dado lugar a mucho debate y preguntas abiertas sobre las propiedades del niquelato, y los grupos de investigación informan resultados muy variados», dijo Lee. «Así que eliminar los defectos es un avance significativo. Significa que finalmente podemos desentrañar la física subyacente detrás de estos materiales y detrás de la superconductividad no convencional en general».
Jenga química y justo
Los defectos, que se parecen un poco a dientes de cremallera que no coinciden, provienen del mismo proceso innovador que permitió al equipo de Hwang crear y estabilizar una película de niquelado en primer lugar.
Comenzaron haciendo un material común conocido como perovskita. Lo «doparon» para cambiar su conductividad eléctrica, luego lo expusieron a un químico que eliminó rápidamente capas de átomos de oxígeno de su estructura molecular, similar a quitar un palo de una torre. Cuando las capas de oxígeno desaparecieron, la película se asentó en una nueva estructura, conocida como niquelato de capa infinita, que podría albergar superconductividad.
La red atómica de esta nueva estructura ocupa una superficie ligeramente mayor que la original. Con esto en mente, construyeron la película sobre una base, o sustrato, que sería adecuada para el producto terminado y extendido, dijo Lee.
Pero no coincidía con la red atómica del material de partida, que desarrolló imperfecciones cuando trató de encajar cómodamente en el sustrato, y esas imperfecciones se trasladaron al níquel terminado.
Hwang dice que es como si dos amigos de diferentes tamaños tuvieran que compartir un abrigo. Si el abrigo le queda perfecto al amigo más pequeño, el más grande tendrá dificultades para cerrarlo. Si le queda bien al amigo más grande, colgará como una tienda de campaña en el más pequeño y dejará entrar el frío. La diferencia de tamaño puede no ser la mejor opción para ninguno de los dos, pero es lo suficientemente cerca como para mantenerlos cálidos y felices.
Esa es la solución que buscaron Lee y sus colegas.
En una serie de delicados experimentos, utilizaron un sustrato intermedio similar a una capa. La estructura atómica de su superficie se ajusta tanto a los materiales iniciales como finales que el níquel terminado sale impecable. Lee dijo que el equipo está comenzando a ver una física interesante en el níquel ahora que el sistema es más limpio.
«Lo que esto significa», dijo Hwang, «es que nos estamos acercando cada vez más a medir las propiedades intrínsecas de estos materiales. Y al compartir los detalles de cómo hacer niquelatos sin defectos, esperamos beneficiar al campo en su conjunto. . . «
Investigadores de la Universidad de Cornell contribuyeron a este trabajo, que fue financiado por la Oficina de Ciencias del DOE y la Iniciativa de Fenómenos Emergentes en Sistemas Cuánticos de la Fundación Gordon y Betty Moore.
