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, que no tiene defectos reveló que se parece más a los cupratos, que tienen el récord mundial de alta temperatura de superconductividad no convencional a presiones normales, de lo que se pensaba anteriormente. Por ejemplo, cuando el niquelato se modifica 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, al igual que en los cupratos.

Esas sorprendentes similitudes, dijeron, pueden significar que estos dos materiales muy 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, lo que revolucionaría la electrónica, el transporte, la transmisión de energía y otras tecnologías al permitirles operar sin resistencia eléctrica que desperdicie 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 Nature.

« Las películas de niquelato son realmente inestables y, hasta ahora, nuestros esfuerzos por estabilizarlas sobre otros materiales han producido defectos que son como topes para los electrones », dijo Kyuho Lee, investigador postdoctoral de SIMES que contribuyó al descubrimiento de la superconductividad en los niquelatos cuatro. hace años y ha estado trabajando en ellos desde entonces.

« Estos problemas de calidad han dado lugar a muchos debates y preguntas abiertas sobre las propiedades del niquelado, y los grupos de investigación informan resultados muy variados », dijo Lee. « Así que eliminar los defectos es un avance significativo. Significa que finalmente podemos abordar la física subyacente detrás de estos materiales y detrás de la superconductividad no convencional en general ».

Química Jenga y un ajuste perfecto

Los defectos, que son un poco como dientes de cremallera desalineados, surgen 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 una sustancia química que eliminó hábilmente capas de átomos de oxígeno de su estructura molecular, como si quitaran un palo de una torre de bloques de Jenga. Con las capas de oxígeno desaparecidas, la película se asentó en una nueva estructura, conocida como niquelato de capa infinita, que puede albergar superconductividad.

La red atómica de esta nueva estructura ocupaba una superficie ligeramente mayor que la original. Con esto en mente, construyeron la película sobre una base, o sustrato, que encajaría bien con el producto terminado y extendido, dijo Lee.

Pero no coincidía con la red atómica del material de partida, que desarrolló defectos cuando trató de encajar cómodamente en el sustrato, y esas imperfecciones se trasladaron al niquelado terminado.

Hwang dijo 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 perfectamente al amigo más grande, colgaría como una tienda de campaña en el más pequeño y dejaría entrar el frío. Un tamaño intermedio podría no ser el mejor para ninguno de los dos, pero es lo suficientemente cerca como para mantenerlos abrigados y cómodos. feliz.

Esa es la solución que buscaron Lee y sus colegas.

En una serie de meticulosos experimentos, utilizaron un sustrato que era como una capa intermedia. La estructura atómica de su superficie encajaba lo suficientemente cerca tanto para los materiales iniciales como para los finales, por lo que el niquelado terminado salió sin defectos. Lee dijo que el equipo ya está comenzando a ver una física interesante en el niquelado ahora que el sistema es mucho 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.