211service.com
El grafano dopado debería superconducirse a 90K
Hay un problema con los superconductores de alta temperatura. Han pasado más de dos décadas desde el descubrimiento de que ciertos óxidos de cobre pueden superconducirse a temperaturas superiores a 30 K.
Esos años han estado llenos de promesas, hipérboles e investigaciones febriles. Los físicos saben que los óxidos de cobre se superconducen de una manera completamente diferente a los superconductores BCS convencionales (después de Bardeen, Cooper y Schrieffer, quienes desarrollaron la teoría detrás de ellos). Y, sin embargo, nadie está de acuerdo en qué es exactamente el nuevo mecanismo. Tampoco nadie ha creado un superconductor que funcione a una temperatura utilizable, es decir, por encima de la temperatura del nitrógeno líquido.
Incluso el resurgimiento del entusiasmo el año pasado por el descubrimiento de que los superconductores de diboruro de magnesio a altas temperaturas, probablemente a la antigua manera BCS, pronto dio paso al malestar, ya que los físicos descubrieron que no podían aprovechar el avance para hacer mejores superconductores. Es tentador pensar que los superconductores nunca pasarán la barrera del nitrógeno líquido.
Pero hoy la esperanza se recupera gracias a un fascinante conjunto de cálculos llevados a cabo por Gianluca Savini en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido y un par de amigos. Calculan las propiedades del grafano dopado p a partir de los primeros principios y dicen que debería superconducirse a una temperatura de 90 K o más, dentro del rango de enfriamiento con nitrógeno líquido.
Lo que es más, el grafano dopado con p debería superconducirse de la misma manera que los superconductores BCS anticuados. Eso es curioso porque todo el mundo cree que la superconductividad BCS no puede funcionar a altas temperaturas.
La razón es la energía de la interacción entre los electrones superconductores y el material circundante. En los superconductores BCS ordinarios, se cree que son solo unas pocas decenas de meV. En los óxidos de cobre, sin embargo, estas interacciones tienen una energía de unos pocos cientos de meV. Es esta diferencia la que hace que los físicos piensen que los superconductores BCS nunca funcionarán a la temperatura de los óxidos de cobre.
Y, sin embargo, el descubrimiento de que los superconductores de diboruro de magnesio desafía ese pensamiento-energía de estas interacciones en MgB2 es mucho mayor. Tres factores parecen unirse para hacerlo posible, dicen Savini y compañía. Primero está la energía característica de los fonones en MgB2 que se debe al estiramiento de los enlaces y juega un papel importante en ayudar a los superconductores a atravesar la estructura. En segundo lugar, está la densidad electrónica de los estados en el material y, finalmente, apuntan al equilibrio entre el atractivo acoplamiento electrón-fonón y la interacción repulsiva electrón-electrón en MgB2.
¿Podría ser posible encontrar materiales en los que estas cantidades puedan manipularse más? Puedes apostar. Savini y compañía notaron que el diamante dopado con p tiene dos de estas características, pero superconduce solo a 4K.
Sin embargo, calculan que el grafano dopado con p se ajusta exactamente a los requisitos y debería superconducir a la antigua manera BCS a 90K. Es más, dicen que hay indicios de que los nanocables de diamantes dopados con p podrían tener propiedades similares.
Varios grupos ya están jugando con nanocables de diamantes dopados.
Las implicaciones de todo esto son asombrosas. En primer lugar, está la posibilidad de dispositivos superconductores útiles enfriados solo por nitrógeno líquido. ¡Al final!
Pero hay otra implicación más exótica: al crear puertas tipo transistor de grafano dopado de diferentes maneras, debería ser posible crear dispositivos en los que la superconductividad se pueda encender y apagar. Eso hará posible una clase de cambio completamente nueva.
Antes de todo eso, sin embargo, alguien tiene que hacer grafano dopado p. Eso sera dificil. El propio Graphane se hizo por primera vez el año pasado en la Universidad de Manchester. Debería ser entretenido seguir la carrera para hacer y probar una versión dopada p.
Ref: arxiv.org/abs/1002.0653 : Graphane dopado: un prototipo de superconductor de electrones y fonones de alta Tc