Superconductores en altas temperaturas y sus futuras aplicaciones

Un nuevo estudio, liderado por el departamento de energía de Estados Unidos en el “Argonne National Laboratory”, ha descubierto que solo la mitad de los átomos en superconductores basados en hierro son magnéticos. Demostrando de este modo las propiedades del magnetismo metálico que poseen estos materiales y que son muy característicos de una onda.

Este descubrimiento permite una comprensión más profunda del magnetismo en ciertos compuestos de hierro y arseniuro de hierro, y sobre cómo estos permiten que se induzca superconductividad. La superconductividad es el flujo de corriente eléctrica sin resistencia que se oponga a su paso en un material de estado sólido, a una temperatura de 138 grados Kelvin o a -135 grados Celsius.

“Para poder diseñar nuevos materiales superconductores, uno debe entender qué es lo que permite la superconductividad. Comprender el origen del magnetismo es el vital primer paso para obtener conocimientos y entender por qué estos materiales bajo esas condiciones son superconductores. Debido a su similitud con otros materiales, como los superconductores de cobre, nuestro objetivo era mejorar nuestra comprensión sobre la superconductividad en altas temperaturas,” comentó el físico de Argonne, Raymond Osborn, uno de los investigadores que lidera el proyecto.

“Desde el punto de vista de aplicaciones, tal comprensión permitiría el desarrollo de sistemas de almacenamiento energéticos, baterías que se recargan más rápido para autos eléctricos y una red eléctrica mucho más eficiente,” comenta Stephan Rosenkranz, otro de los líderes de la investigación.

Los superconductores reducen las pérdidas energéticas características en cualquier red eléctrica. El uso de materiales superconductores de altas temperaturas en la red eléctrica podrían disminuir estos valores, aumentando la eficiencia consecuentemente.

Los investigadores fueron capaces de demostrar que el magnetismo en estos materiales era producido por electrones móviles que no estaban enlazados a ningún átomo de hierro, produciendo de este modo ondas de magnetización a través de la muestra. Descubrieron también que, en compuestos de arseniuro de hierro, dos ondas se cancelan entre sí, evitando así que se produzca magnetización en algunos átomos. Esta interferencia cuántica, que no se ha observado nunca, fue revelada por el espectroscopio de Mössbauer, una herramienta muy sensible al magnetismo.

Los investigadores usaron también difracción de Rayos-X de alta resolución en el centro “Advanced Photon Source and Neutron Diffraction”, ubicado en el laboratorio “Oak Ridge National Laboratory’s Spallation Neutron Source”, con el fin de determinar las estructuras químicas y magnéticas, de este modo poder dibujar los diagramas electrónicos de fase de las muestras que fueron utilizadas.

“Al combinar la difracción de un neutrón con el espectroscopio de Mössbauer, pudimos establecer de una forma precisa que este nuevo estado posee una magnetización no uniforme que solo puede ser producida por electrones itinerantes. Estos, son los responsables del fenómeno de superconductividad,” comentó Rosenkranz.

La investigación se encuentra disponible en la revista de investigación “Nature Physics”, edición del 25 de enero.

En el futuro, Rosenkranz y Osborn planean caracterizar las fuentes de excitación magnética, o fluctuaciones en los superconductores de hierro, con el fin de determinar cómo se relacionan entre sí y por qué permiten la superconductividad.

Autor: Aquiles Páez (@Aquiles_CFQ)
Autor del blog cómofuncionaqué

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