Superconductividad a 250 K (−23 ºC) en un hidruro de lantano bajo 170 GPa de presión

Por Francisco R. Villatoro, el 9 diciembre, 2018. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 9

Muchos hidruros con estructura de clatrato, en la que un átomo (Ca, Y o La) está encerrado en una jaula de átomos de hidrógeno, son superconductores bajo presiones ultra altas. Se acaba de publicar que el superhidruro de lantano (LaH10) alcanza una temperatura crítica de 250 K (−23 ºC) bajo una presión de 170 GPa. El resultado ha sido obtenido por el grupo de Mikhail I. Eremets (Instituto Max Planck de Química, Mainz, Alemania), lo que deja pocas dudas dada su extensa experiencia en esta área —cierto, uso un argumento de autoridad—, aunque ya se han publicado indicios independientes de una temperatura crítica de 260 K bajo 190 GPa. ¡Increíble!

El artículo es A. P. Drozdov, P. P. Kong, …, M. I. Eremets, “Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures,” arXiv:1812.01561 [cond-mat.supr-con]; por cierto, en agosto ya publicaron una temperatura crítica de 215 K en A. P. Drozdov, V. S. Minkov, …, M. I. Eremets, “Superconductivity at 215 K in lanthanum hydride at high pressures,” arXiv:1808.07039 [cond-mat.supr-con]; más aún, otro grupo ha obtenido indicios de superconductividad hasta 260 K a 190 GPa en Maddury Somayazulu, Muhtar Ahart, …, Russell J. Hemley, “Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures,” arXiv:1808.07695 [cond-mat.mtrl-sci].

Te recomiendo leer a Leni Bascones, “Superconductividad a temperaturas récord en hidruros metálicos”, GEFES, 28 Ene 2016. En este blog puedes leer “Posible récord de temperatura crítica para un superconductor a muy alta presión”, LCMF, 09 Dic 2014; “Superconductividad a 203 K (-70 °C) bajo presiones muy altas”, LMCF, 02 Jul 2015.

[PS 23 may 2019] El artículo se ha publicado en la prestigiosa revista Nature: A. P. Drozdov, P. P. Kong, …, M. I. Eremets, “Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures,” Nature 569: 528-531 (22 May 2019), doi: 10.1038/s41586-019-1201-8. [/PS]

La superconductividad a temperatura muy próxima a la temperatura ambiente, aunque bajo presiones enormes, tiene pocas aplicaciones prácticas. Los hidruros covalentes ricos en hidrógeno presentan frecuencias fonónicas altas y un acoplo electrón-fonón fuerte que permite altas temperaturas críticas, según la teoría BCS de la superconductividad convencional. Estos hidruros a baja presión son aislantes, pero a altas presiones aparece una fase metálica.

La sustitución del hidrógeno por deuterio, según predice la teoría BCS, disminuye la temperatura crítica. Así ha sido verificado por el grupo de Eremets. Más aún, como se trata de superconductores convencionales, mediante simulaciones por ordenador se puede predecir su temperatura crítica. La teoría del funcional densidad (DFT) predice temperaturas críticas para el hidruro de lantano entre 240 y 320 K para presiones del orden del megabar.



9 Comentarios

  1. Hola Francis!

    Muy interesante, como siempre.

    El otro dia reflexionaba, y me da la sensacion de que Eremets y su grupo estan poniendo todo su empeño en lograr el primer RTSC (room-temperature superconductor). Igual a principios del año que viene (o incluso este), podemos verlo realizado.

    Y esto me lleva a pensar: crees (y algun visitante de tu blog que quiera opinar) que esta gente mereceria el premio Nobel por encontrar el primer RTSC? Parece que la alta presion echa para atras a primera vista, pero no es increible/bonito que se hayan inventado toda una rama de la Fisica (altas presiones), con la que han conseguido sintetizar materiales solidos basados en hidrogeno (algo totalmente imposible anteriormente), y que con simple teoria de superconductores convencionales (teoria BCS) aparezca el primer RTSC? A mi me parece cojonudo como hito, ademas de muy facil de entender viendo que la temperatura critica es inversamente proporcional a la masa de los atomos que forman el sistema.

    Y si lo piensas, algo parecido paso con los cupratos: superconductores de alta temperatura, pero que tienen el problema de ser ceramicos, lo que reduce su aplicabilidad, pero que suponen una ruptura con lo que se esperaba la gente.

    Un saludo!

    1. Chema, en mi opinión, los RTSC per se no merecen un Premio Nobel, si para lograrlos se requieren enormes presiones; aún así, si las altas presiones ayudan a allanar el camino para las bajas presiones acabarán, los expertos se volcarán en candidaturas y Emerets, a sus 69 años, todavía es joven. No sé lo que opinarán los demás.

    2. Chema Pizarro:

      “la temperatura critica es inversamente proporcional a la masa de los atomos que forman el sistema.”

      Soy un completo ignorante en el tema y vuestro comentario me pareció muy interesante ¿Habrá alguna explicación intuitiva que pueda compartir de porque su frase es cierta?.

      Gracias de antemano.

      1. Ramiro, en la teoría BCS (1957) de la superconductividad convencional dos electrones (fermiones) se aparean formando un par de Cooper (bosón) gracias a la interacción de las vibraciones de la red cristalina (fonones, que son bosones). La frecuencia de las vibraciones de una red de átomos depende de forma proporcional a su masa (imagina bolas conectadas por muelles); en el campo de la superconductividad se denomina efecto isotópico (Frölich, 1950) a que la temperatura crítica depende de la masa del isótopo (átomo idéntico pero con diferente masa); este hecho fue clave en la comprensión de que la interacción entre los electrones y la red de átomos (acoplamiento electrón-fonón) da lugar a una fuerza atractiva que puede ser mayor que la repulsión eléctrica (Cooper, 1956).

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