Es una de las carreras más emocionantes de la física moderna : ¿cómo podemos producir los mejores superconductores que sigan siendo superconductores incluso a las temperaturas y presiones ambientales más altas posibles? En los últimos años, ha comenzado una nueva era de superconductividad con el descubrimiento de los niquelatos. Estos superconductores se basan en el níquel, razón por la cual muchos científicos hablan de la « era del níquel de la investigación de la superconductividad ». En muchos aspectos, los niquelatos son similares a los cupratos, que se basan en el cobre y se descubrieron en la década de 1980.
Pero ahora está entrando en juego una nueva clase de materiales: en una cooperación entre TU Wien y universidades en Japón, fue posible simular el comportamiento de varios materiales con mayor precisión en la computadora que antes. Hay una « zona de Ricitos de Oro » en la que la superconductividad funciona particularmente bien. Y a esta zona no se llega ni con níquel ni con cobre, sino con paladio. Esto podría marcar el comienzo de una nueva « era de palladates » en la investigación de la superconductividad. Los resultados ahora se han publicado en la revista científica Physical Review Letters.
La búsqueda de temperaturas de transición más altas
A altas temperaturas, los superconductores se comportan de manera muy similar a otros materiales conductores. Pero cuando se enfrían por debajo de cierta « temperatura crítica », cambian drásticamente : su resistencia eléctrica desaparece por completo y de repente pueden conducir la electricidad sin pérdida alguna. Este límite, en el que un material cambia entre un estado superconductor y uno normalmente conductor, se denomina « temperatura crítica ».
« Ahora hemos podido calcular esta ‘temperatura crítica’ para una amplia gama de materiales. Con nuestro modelo en computadoras de alto rendimiento, pudimos predecir el diagrama de fase de la superconductividad del niquelato con un alto grado de precisión, ya que los experimentos luego se mostró más tarde », dice el profesor Karsten Held del Instituto de Física del Estado Sólido en TU Wien.
Muchos materiales se vuelven superconductores justo por encima del cero absoluto (-273,15 °C), mientras que otros conservan sus propiedades superconductoras incluso a temperaturas mucho más altas. Un superconductor que siga siendo superconductor a temperatura ambiente normal y presión atmosférica normal revolucionaría fundamentalmente la forma en que generamos, transportamos y usamos la electricidad. Sin embargo, tal material aún no ha sido descubierto. No obstante, los superconductores de alta temperatura, incluidos los de la clase cuprato, desempeñan un papel importante en la tecnología, por ejemplo, en la transmisión de grandes corrientes o en la producción de campos magnéticos extremadamente fuertes.
¿Cobre? ¿Níquel? ¿O paladio?
La búsqueda de los mejores materiales superconductores posibles es difícil : hay muchos elementos químicos diferentes que se cuestionan. Puede juntarlos en diferentes estructuras, puede agregar pequeños rastros de otros elementos para optimizar la superconductividad. « Para encontrar candidatos adecuados, debe comprender a nivel físico-cuántico cómo interactúan los electrones entre sí en el material », dice el profesor Karsten Held.
Esto mostró que existe un óptimo para la fuerza de interacción de los electrones. La interacción debe ser fuerte, pero tampoco demasiado fuerte. Hay una « zona dorada » en el medio que permite alcanzar las temperaturas de transición más altas.
Palladates como solución óptima
Esta zona dorada de interacción media no se puede alcanzar ni con cupratos ni con niquelatos, pero se puede dar en el blanco con un nuevo tipo de material : los llamados palladatos. « El paladio está directamente una línea debajo del níquel en la tabla periódica. Las propiedades son similares, pero los electrones están, en promedio, algo más alejados del núcleo atómico y entre sí, por lo que la interacción electrónica es más débil », dice Karsten Held.
Los cálculos del modelo muestran cómo lograr temperaturas de transición óptimas para los datos de paladio. « Los resultados computacionales son muy prometedores », dice Karsten Held. « Esperamos que ahora podamos usarlos para iniciar la investigación experimental. Si tenemos una clase adicional de materiales completamente nueva disponible con paladados para comprender mejor la superconductividad y crear superconductores aún mejores, esto podría impulsar todo el campo de investigación ».