De la superconductividad al diamagnetismo a temperatura ambiente en nanopartículas de oro y plata

Quizás recuerdes que en agosto de 2018 se anunció la superconductividad a temperatura ambiente en nanopartículas de oro y plata. Un polémico anuncio pues los datos de los físicoquímicos indios Thapa y Pandey, del Indian Institute of Science, Bangalore, tenían ruido con correlaciones sospechosas. Ahora se publica en arXiv la nueva versión del artículo, que ha sido enviado a Nature y está en revisión por pares (según Pandey). Se ha eliminado del título la palabra «superconductividad» sustituida por  «diamagnetismo y resistencia muy pequeña», además se ha pasado de 13 páginas a 75 páginas, de dos autores a diez y se han analizado 125 muestras. Solo una de ellas tiene una temperatura crítica de 286 K para el diamagnetismo con una resistencia inferior a ~ 2 μΩ y una susceptibilidad (dia)magnética gigante de −0.056 (todo un récord para un buen conductor).

¿Implica el diamagnetismo la superconductividad? En dicho caso estaríamos ante un hito revolucionario, pues según los autores incrementando la proporción de plata incrustada en las nanopartículas de oro se podría alcanzar una temperatura crítica de ≈ 350 K; si se confirmara, el siglo XXI se transformaría en el siglo de los superconductores a temperatura y presión ambientales. Por desgracia el diamagnetismo no implica superconductividad; de hecho, desde hace dos décadas hay fuertes indicios de diamagnetismo (gigante) en nanoestructuras metálicas de oro. Aún no tiene explicación teórica definitiva, pero todo apunta a que es resultado de una fuerte interacción espín-órbita. En mi opinión, el artículo de Pandey y sus colegas nos presenta un nuevo ejemplo de nanoestructura con diamagnetismo gigante, un tema de gran interés en la actualidad. Sin embargo, aunque no soy experto, creo que podemos descartar que se trate de un superconductor.

La nueva versión del artículo es Dev Kumar Thapa, Saurav Islam, …, Anshu Pandey, «Coexistence of Diamagnetism and Vanishingly Small Electrical Resistance at Ambient Temperature and Pressure in Nanostructures,» arXiv:1807.08572 [cond-mat.supr-con] (28 May 2019); te recuerdo que la primera versión era Dev Kumar Thapa, Anshu Pandey, “Evidence for Superconductivity at Ambient Temperature and Pressure in Nanostructures,” arXiv:1807.08572v1 [cond-mat.supr-con] (23 Jul 2018). En este blog puedes leer «Dudas sobre la superconductividad a temperatura ambiente en un nanomaterial de oro y plata», LCMF, 21 ago 2018. Y si eres un optimista redomado lo que los medios indios cuentan del nuevo logro, p. ej., Prasad Ravindranath, «Finally, IISc team confirms breakthrough in superconductivity at room temperature,» Science Chronicle, 25 may 2019.

Sobre el diamagnetismo gigante en nanoestructuras de oro te recomiendo el artículo de Pedro Miguel Echenique, del Centro Internacional de Física de Donostia (DIPC), y de la Universidad del País Vasco UPV-EHU, San Sebastián (España), A. Hernando, …, P. Crespo, P. M. Echenique, «Giant diamagnetism of gold nanorods,» New Journal of Physics 16: 073043 (2014), doi: 10.1088/1367-2630/16/7/073043; así como los resultados experimentales de P. G. van Rhee, P. Zijlstra, …, P. C. M. Christianen, «Giant Magnetic Susceptibility of Gold Nanorods Detected by Magnetic Alignment,» Physical Review Letters 111: 127202 (2013), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.127202. Sobre la hipótesis sobre su origen en la interacción espín-órbita recomiendo B. Murzaliev, M. Titov, M. I. Katsnelson, «Diamagnetism of metallic nanoparticles as the result of strong spin-orbit interaction,» arXiv:1903.05584 [cond-mat.mes-hall] (13 Mar 2019).

[PS 06 jun 2019] Las nanopartículas de oro con incrustaciones de plata se distribuyen en una película delgada de grosor en la nanoescala para su medida. Se acaba de publicar un artículo que explora la superconductividad en nanopelículas de oro (20 nm de grosor) con incrustaciones de plata que observa una temperatura crítica de ~ 2 K, muy inferior a los 286 K de Pandey y sus colegas. Recomiendo leer a Manas Kumar Dalai, Braj Bhusan Singh, …, Subhankar Bedanta, «Superconductivity in Ag implanted Au thin film,» arXiv:1906.02091 [cond-mat.supr-con] (05 Jun 2019). [/PS]

La nueva versión del artículo incluye información suplementaria que detalla el proceso de fabricación y caracterización de las nanopartículas de oro con incrustaciones de plata. Además, se indica que el récord de temperatura crítica se ha logrado para una muestra envejecida durante seis días (P20319FEE_06) que pasó de una temperatura crítica de 272.8 K tras su síntesis hasta ≈ 286 K. También se enfatiza que la baja resistividad de las muestras es estable, en un ambiente inerte, entre unas horas y unos días, según la muestra. Este punto es importante, pues muchas muestras no presentan diamagnetismo y los autores lo achacan a contaminación con oxígeno del ambiente; de hecho, los mejores resultados los han obtenido en un ambiente inerte con < 20 ppm (partes por millón) de oxígeno.

El problema observado por Brian Skinner [LCMF, 21 ago 2018] sigue apareciendo. El ruido de la susceptibilidad magnética por debajo de la temperatura crítica está correlacionado entre las diferentes muestras. En la nueva versión del artículo de Pandey y sus colegas se indica que este fenómeno está por encima de la resolución del aparato de medida, luego no se trata de ruido instrumental. El origen de este «ruido» es incierto, pero su causa debe ser física. Se han medido dispositivos con plomo en lugar de oro y plata usando el mismo dispositivo experimental; resulta que el ruido desaparece bajo su temperatura crítica. Por tanto, se concluye que no es ruido sino señal, aunque no se sabe su causa.

En resumen, la nueva versión del artículo ha mejorado muchísimo. Se incluyen muchos detalles metodológicos que avalan los resultados presentados y permiten su reproducibilidad por grupos independientes; auguro que no tardará en llegar. Pero por desgracia todo apunta a que no estamos ante el primer paso firme hacia la superconductividad a temperatura y presión ambientales en nanopartículas. A pesar de ello, el diamagnetismo gigante observado parece muy prometedor.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 4 junio, 2019
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Physics • Science
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