Superconductividad: Nuevos trucos para encontrar mejores materiales

Los níquelatos son un nuevo material prometedor para las futuras tecnologías de superconductividad: Los científicos han conseguido explicar su estructura electrónica.

Incluso después de más de 30 años de investigación, la superconductividad de alta temperatura sigue siendo uno de los grandes misterios sin resolver de la física de materiales. El mecanismo
exacto que hace que ciertos materiales sigan conduciendo la corriente eléctrica sin ninguna resistencia incluso a temperaturas relativamente altas aún  no se conoce del todo. Hace dos años se descubrió una nueva clase de superconductores prometedores: los llamados níquelatos estratificados. Por primera vez, un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Viena ha
logrado determinar parámetros importantes de estos nuevos superconductores comparando la teoría y el experimento. Esto significa que por primera vez se dispone de un modelo teórico que puede utilizarse para comprender los mecanismos electrónicos de la superconductividad de alta temperatura en estos materiales.

En busca de superconductores de alta temperatura

Actualmente se conocen muchos superconductores, pero la mayoría de ellos sólo son superconductores a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto. Los materiales que siguen
siendo superconductores a temperaturas más elevadas se denominan “superconductores de alta temperatura”, aunque estas temperaturas “elevadas” (a menudo del orden de magnitud de menos de -200 °C) siguen siendo extremadamente frías para los estándares humanos. Encontrar un material que siga siendo superconductor a temperaturas significativamente más altas sería
un descubrimiento revolucionario que abriría la puerta a muchas tecnologías nuevas. Durante mucho tiempo se consideraron candidatos especialmente interesantes los llamados cupratos, una clase de materiales que contienen átomos de cobre. Ahora, sin embargo, otra clase de materiales podría resultar aún más prometedora: Los níquelatos, que tienen una estructura similar a la de los cupratos, pero con níquel en lugar de cobre. “Se ha investigado mucho sobre los cupratos, y se ha conseguido aumentar drásticamente la temperatura crítica hasta la que el material sigue siendo superconductor. Si se logra un progreso similar con los níquelatos recién descubiertos, sería un gran paso adelante”, afirma el profesor Jan Kuneš, del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad de Viena.

Parámetros de difícil acceso
Ya existen modelos teóricos que describen el comportamiento de estos superconductores. El problema, sin embargo, es que para utilizar estos modelos hay que conocer ciertos parámetros del material que son difíciles de determinar. “La energía de transferencia de carga desempeña un papel fundamental”, explica Jan Kuneš. “Este valor nos dice cuánta energía hay que añadir al sistema para transferir un electrón de un átomo de níquel a uno de oxígeno”. Por desgracia, este valor no puede medirse directamente, y los cálculos teóricos son extremadamente complicados e imprecisos. Por ello, Atsushi Hariki, miembro del grupo de investigación de Jan Kuneš, desarrolló un método para determinar este parámetro de forma indirecta: Al examinar el material
con rayos X, los resultados también dependen de la energía de transferencia de carga. “Calculamos detalles del espectro de rayos X que son especialmente sensibles a este parámetro y comparamos
nuestros resultados con las mediciones de diferentes métodos de espectroscopia de rayos X”, explica Jan Kuneš. “De este modo, podemos determinar el valor adecuado, y este valor puede introducirse ahora en los modelos computacionales utilizados para describir la superconductividad del material”.

Requisito importante para la búsqueda de mejores niquelados
Así, por primera vez, se ha podido explicar con precisión la estructura electrónica del material y establecer un modelo teórico parametrizado para describir la superconductividad en los niquelatos. “Con esto, podemos llegar al fondo de la cuestión de cómo se puede explicar la mecánica del efecto a nivel electrónico”, dice Jan Kuneš. “¿Qué orbitales desempeñan un papel decisivo? ¿Qué parámetros importan en detalle? Eso es lo que hay que saber si se quiere averiguar cómo mejorar aún más este material, de modo que un día se puedan producir nuevos níquelatos cuya superconductividad persista hasta temperaturas aún más elevadas.”

Fuente: quimica.es

Publicación original:
K. Highashi et al.; “Core-Level X-Ray Spectroscopy
of Infinite-Layer Nickelate: LDA+