Primer superconductor totalmente diseñado en computadora
Estructura de cristal de FeB4 (tetraboruro de hierro) predicho por los primeros principios y confirmado experimentalmente. Los átomos de hierro (esferas pequeñas) están insertadas en un marco 3D rígido formado por átomos de boro (esferas grandes). (Crédito: Binghamton University)
La exitosa síntesis del primer superconductor diseñado completamente en una computadora ha sido alcanzado por Aleksey Komogorov y sus colegas en la Universidad de Binghamton.
El material sintetizado –un nuevo compuesto de tetraboruro de hierro— tiene una estructura cristalina novedosa y muestra un tipo inesperado de superconductividad para un material que contiene hierro, tal como se predijo en el estudio original en la computadora.
“Los materiales superconductores que han cambiado nuestro paradigma se han descubierto hasta ahora experimentalmente y a menudo por accidente”, dijo Kolmogorov.
Hasta ahora, la teoría se ha utilizado principalmente para investigar los mecanismos de superconducción y, en casos raros, sugieren formas en que los materiales existentes pueden ser modificados para convertirse en superconductores. Sin embargo, muchos materiales superconductores propuestos no son lo suficientemente estables para formarse y los que sí logran formarse son pobres superconductores.
Los superconductores, que conducen corriente eléctrica sin resistencia alguna cuando son enfriados por debajo de una cierta temperatura, tienen muchas aplicaciones interesantes. Por ejemplo, las líneas eléctricas hechas de materiales superconductores pueden reducir significativamente la pérdida de energía en la transmisión.
Este fenómeno fue descubierto hace más de 100 años, con avances en la década de 1960 que llevaron la superconductividad a la aplicación práctica. La temperatura crítica para los superconductores descubiertos hasta la fecha es entre 0 y 136 grados Kelvin ( -460 y -214 grados Fahrenheit ). Los científicos aún buscan materiales que sean superconductores a temperaturas más altas y puedan ser producidos en masa .
Algoritmo “evolutivo”
Hace varios años, Kolmogorov, entonces en la Universidad de Oxford, inició el estudio de materiales basados en boro, que tienen estructuras complejas y una amplia gama de aplicaciones. Desarrolló una herramienta computacional automatizada para identificar estructuras cristalinas estables previamente desconocidas. Su algoritmo “evolutivo” emula la naturaleza, lo que significa que favorece a los materiales más estables entre los miles de posibilidades.
La búsqueda reveló dos compuestos prometedores en un sistema hierro-boro común, lo que resultó una sorpresa . Por otra parte , algunos cálculos de sus estudiantes de postgrado indicaban que uno de ellos debía ser un superconductor a una temperatura inusualmente alta de 15 a 20 Kelvin para el tipo “convencional ” de superconductividad.
Recientemente, Natalia Dubrovinskaia y Leonid Dubrovinsky, profesores de la Universidad de Bayreuth en Alemania , llevaron a cabo una serie de experimentos y produjeron una cantidad pequeña de tetraboruro de hierro con la estructura cristalina predicha. Mediciones detalladas demostraron que la propiedad superconductora predicha existe en el material y, de forma inesperada, su dureza excepcional.
“El descubrimiento de este superconductor superduro demuestra que los nuevos compuestos pueden ser creados al estudiar de nuevo sistemas aparentemente bien estudiados”, dice Kolmogorov. Ahora que este material ha sido sintetizado, es posible modificarlo y aumentar la temperatura en la cual se convierte en un superconductor.
“Sin embargo, las aplicaciones prácticas del nuevo material no son evidentes en esta etapa”, dijo Kolmogorov. “El aspecto fundamental de este trabajo es verificar la capacidad de los métodos teóricos para predecir nuevos superconductores, un tipo de material conocido por ser difícil de desarrollar a partir de primeros principios”.
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