Novedades sobre la estructura cristalina del semiconductor LK-99 que afectan a los modelos teóricos

Por Francisco R. Villatoro, el 10 agosto, 2023. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 13

Las simulaciones DFT apuntan a la existencia de bandas planas en la estructura electrónica del material LK-99. Sin embargo, en varias ocasiones he solicitado cautela, pues estos estudios teóricos usan la estructura cristalina de LK-99 propuesta por los coreanos (con muy ligeras modificaciones); si sus datos experimentales son poco fiables, por qué deberíamos confiar en sus datos teóricos. La estructura cristalina de la apatita de plomo dopada con cobre Pb10−xCux(PO4)6O que usan los coreanos se basa en la publicada en 2023 para la oxipiromorfita Pb10(PO4)6O. Se publica en arXiv una nueva estructura cristalina para la oxipiromorfita que nos ofrece algunas sorpresas (se usa difracción de rayos X de cristales preparados en 1968): se observa una superestructura cristalina respecto a la publicada en 2003, con los iones de plomo Pb1 desdoblados en Pb1A, no ligados a oxígenos O’, y Pb1B, ligados a ellos; esto implica cambios estructurales que afectan a todo el cristal y que podrían dificultar el dopado con cobre (la sustitución de algunos iones Pb2 por iones de Cu). El cambio podría parecer pequeño, pero rompe la degeneración que podría estar detrás de las bandas planas; futuros estudios con DFT tendrán que comprobar cómo afecta la nueva estructura cristalina a la estructura de bandas de LK-99. Conforme más se estudia el material LK-99 más se reafirma que su superconductividad a temperatura ambiente es ficticia.

También se ha publicado una nueva replicación de la síntesis de LK-99, una muestra de unos 15 mm de anchura y 0.5 mm de grosor; su color es negro tras la síntesis, pero para mecanizar los contactos eléctricos se ha pulido, con lo que adquiere un color más brillante. El difractograma obtenido es muy similar al de los coreanos (incluyendo la presencia de impurezas de Cu2S y Cu2O). La medida de la resistividad muestra un material semiconductor (observa cómo la resistividad crece conforme la temperatura baja). Lo más curioso es que se observa una bajada brusca de la resistencia a una temperatura de ~387 K (que podría haber sido malinterpretada por los coreanos como una transición superconductora). El material sintetizado es diamagnético, con una transición a 341 K (ZFC) y 354 K (FC); los datos obtenidos no permiten decidir si esta transición diamagnética tiene su origen en las impurezas o en el LK-99 como tal. En cualquier caso, lo que te interesa, una nueva demostración experimental de que LK-99 no es superconductor a temperatura ambiente. Además se han publicado dos nuevos artículos teóricos, uno estadounidense con un modelo efectivo y otro suizo con simulaciones DFMT (Dynamical Mean Field Theory), pero ambos caen en la misma trampa, asumen la estructura de bandas planas de las simulaciones DFT, con lo que creo que carecen de interés hasta que no sea confirmada con la nueva estructura cristalina.

Supongo que ya estarás aburrido de tanto culebrón científico veraniego. Lo siento, pero en mi opinión, disfrutar la ciencia en directo es todo un placer. Así que, hasta septiembre, mientras se sigan publicando nuevos artículos que merezca la pena comentar, la serpiente seguirá viva en este blog. El artículo con la nueva estructura cristalina es Sergey V. Krivovichev, «The crystal structure of Pb10(PO4)6O revisited: the evidence of superstructure,» arXiv:2308.04915 [cond-mat.supr-con] (09 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04915. La nueva replicación china es Hao Wu, Li Yang, …, Haixin Chang, «Observation of abnormal resistance-temperature behavior along with diamagnetic transition in Pb10−xCux(PO4)6O-based composite,» arXiv:2308.05001 [cond-mat.supr-con] (09 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.05001. Los dos artículos teóricos son Patrick A. Lee, Zhehao Dai, «Effective model for Pb9Cu(PO4)6O,» arXiv:2308.04480 [cond-mat.supr-con] (08 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04480, y Changming Yue, Viktor Christiansson, Philipp Werner, «Correlated electronic structure of Pb10−xCux(PO4)6O,» arXiv:2308.04976 [cond-mat.str-el] (09 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.04976.



13 Comentarios

  1. Me ha hecho gracia la síntesis de culebrón, como historia que parece no tener fin, con serpiente de verano, la noticia de interés solo aparente y nula transcendencia que los periódicos ponen como relleno en verano ante la ausencia de actividad política.
    Más graciosas serían historias, de haberlas, sobre «avispados» inversores gastando cifras astronómicas en comprar minas de alguna materia prima necesaria para producir esta nueva piedra filosofal.

    1. JLPeruyero, por lo que parece hay especuladores que han invertido mucho dinero en superconductividad en las últimas semanas y que ahora están perdiendo dinero (si no han vendido a tiempo), pero no es un tema que yo siga y del pueda hablar en detalle.

    1. Hola Francis
      Soy un seguidor de Coffee Break
      Admiro vuestro rigor científico. Pero a veces para tener una visión lateral, que no sea exclusivamente inductivo y deductivo de la ciencia reduccionista que en contra de lo que se supone de esta última por perjuicio, el reduccionismo es un tipo de ciencia que sirve para conquistar más interrogantes para realizar planteamientos más profundos. Respecto a la literalidad, me llama mucho el trabajo de Inés Urdaneta Santos y sus matemáticas vorticiales. ¿ Me gustaría saber tu opinión sobre su trabajo? Muchas gracias

        1. Lo que se de ella es en los vídeos, donde integra la consciencia, como un referente más, y que las interacciones no son meras ondas, sino proyecciones holograficas en forma fractal. No se si he sido justo en los términos.
          Aquí hay unos comentarios en relación a su tesis, que me imagino que en círculos más serios y ortodoxos no deben tener en cuenta https://mundour.com/2023/01/31/teoria-cuantica-con-ines-urdaneta/. Pero la verdad es que hace pensar . Pero nunca se sabe. Durante la historia de la ciencia hay muchos autores que se han despreciado, pero…..

  2. Demasiados análisis y simulaciones teóricas. La experimentación en la construcción de un conductor eléctrico a 🌡️ ambiente debería ocupar más lugar. Cuando puedan hacerse pruebas mostrables de un cable conduciendo una carga superior a los convencionales sin incrementar la temperatura del mismo, recién ahí habrá certeza

    1. Cuidado, Ricardo, LK-99 no es un material que permita fabricar cables. Se han necesitado más de 30 años de investigación para fabricar sucedáneos de cables con cupratos (y son inútiles en aplicaciones prácticas). Con LK-99 se espera que pase lo mismo, fabricar cables raya lo imposible, sino lo inútil.

  3. Seguimos con la alquimia, queremos convertir el plomo en «oro».

    Aunque el LK99 no sea lo anunciado seguro que muchos laboratorios han obtenido buena financiación aunque sea por mera especulación.

  4. Creo que estos coreanos no han sintetizado nada. Si tuviesen una muestra de un supuesto superconductor (SC) a T ambiente, sería muy fácil verificar la superconductividad. La prueba más sencilla sería enfrentar la muestra a un imán, (uno de esos disquitos de neodimio-hierro -cromo valdría para el caso). Si la muestra queda levitando, anclada en una posición estable, sería un superconductor de segunda especie en la fase mixta. con levitación por flujo atrapado (flux creep). Si simplemente fuese repelido, pero sin una posición de equilibrio, sería efecto Meissner: diamagnético perfecto, es decir, SC de primera especie. Para asegurar el diagnóstico, no habría más que hacer una muestra en forma de anillo, y calentarlo por encima de la supuesta temperatura de transición (Tc); se pega a un imán, se enfrían ambos por debajo de Tc y luego se fuerza su separación. Por la Ley de Ampére, el flujo magnético a traves de un anillo superconductor no puede variar, y al depararlos se induce una corriente en el anillo que mantiene el flujo magnético. Con una sonda Hall se mide el campo magnético en el centro de la espira; si es constante a lo largo del tiempo, eso indica que la corriente es persistente, y por tanto superconductora. Si el SC fuese de seguna especie en el estado mixto, habría un deacaimiento transitorio inicial de la corriente, causado por el desplazamiento de vórtices superconductores hacia la cara externa del anillo por fuerzas de Lorentz. Una vez estabilizada la corriente, lo que se comprueba con la sonda Hall, permanecería invariable indefindamente, si el anillo fuese superconductor. Finalmente, en un microcalorímetro diferencial de barrido (DSC) se puede hacer un barrido térmico de una muestra, que puede ser muy pequeña, Si el material es SC, debe presentar una transición de superconductor a conductror de segundo orden, lo que se reflejará en el termograma como una curva lambda, que indica una divergencia a infinito del calor específico a la tempratura crítica. Todos estos ensayos son fáciles de realizar, y si no se han hecho, es que simplemente nadie ha conseguido una muestra mínimamente manipulable. Desde luego, yo me compromento a hacer cualquiera, o todos esos ensayos, si me mandan una muestra.

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