Posible modelo teórico del primer superconductor a temperatura ambiente bajo presiones enormes

Por Francisco R. Villatoro, el 30 noviembre, 2020. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 1

Ranga P. Dias (Univ. Rochester, New York, EE.UU.) lideró el descubrimiento del «primer superconductor a temperatura ambiente, pero a una presión enorme» (LCMF, 16 oct 2020), un superhidruro de azufre y carbono con una temperatura crítica de 288 K (~ 15 ºC) a 267 GPa (gigapascales). ¿Cuál es la estructura química de este material? El propio Dias y varios colegas ha usado el software ABINIT para proponer que la estructura es H3S0.962C0.038, que en teoría tiene Tc = 289 K para 260 GPa; más aún, proponen que sustituir el carbono por silicio podría lograr la temperatura ambiente con menor presión, en concreto, para H3S0.960Si0.040 se obtendría Tc = 283 K para 230 GPa. El estudio detallado de los materiales H3S1−xZx (Z = C, Si) promete nuevas sorpresas en la superconductividad a temperatura ambiente (bajo enormes presiones de cientos de gigapascales).

Las observaciones apuntan a que la temperatura crítica Tc crece con la presión P, pero quizás con una discontinuidad en dTc/dP cerca de 230 GPa. Así se sugiere que hay una deformación de la estructura del material alrededor de 230 GPa. Lo curioso es que esto recuerda a lo que pasa con las simulaciones teóricas para H3S1−xPx y H3S1−xSix. El nuevo artículo explora este tipo de modelos teóricos en los que se sustituye de forma parcial algunos átomos de S en el H3S por átomos de C, en lugar de P o Si, pero manteniendo su estructura química conocida bajo presiones de cientos de gigapascales. El comportamiento teórico observado se parece al observado en los experimentos publicados en Nature para el C–S–H, lo que apoya esta propuesta teórica como explicación de dichos experimentos (futuros estudios experimentales tendrán que confirmarlo). Así, este material se podría describir con la teoría BCS de la superconductividad convencional, de tal forma que se alcanza la temperatura ambiente gracias a que sustituir el S por C aumenta la densidad de estados (DOS) electrónica maximizando la interacción electrón-fonón.

Habrá que estar al tanto de las secuelas del artículo de Yanfeng Ge, …, Ranga P. Dias, …, Yugui Yao, «Room-Temperature Superconductivity in H3S1−xZx (Z=C, Si),» arXiv:2011.12891 [cond-mat.supr-con] (25 Nov 2020). Sin lugar a dudas el campo de los superconductores a temperatura ambiente (aunque a presiones enormes) nos va a ofrecer muchas sorpresas.



1 Comentario

  1. Esas presiones y temperaturas las tendrán algunos remanentes de estrellas dentro de unas cuantos Maños. Se pone emocionante, habrá que afilar el lápiz para el próximo Nébula. Bromas aparte, como siempre un placer leer tus artículos Francis.

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