El sulfuro de hidrógeno pierde su resistencia eléctrica a alta presión en el menos 70 grados y; Celsius

Los investigadores del Instituto Max Planck para la Química y la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia observaron nuevo récord para la superconductividad / publicación en la revista Nature

Johannes Gutenberg Universität Mainz

IMAGEN: Los investigadores con sede en Mainz, pulse la celda de metal con tornillos Allen juntos para generar presiones extremadamente altas. Sólo los diamantes pueden resistir la alta presión así creada en el centro de la … ver más

Crédito: foto / copia y ;: Thomas Hartmann

Este comunicado de prensa está disponible Ingerman.

Los investigadores del Instituto Max Planck de Química en Mainz y la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia en Alemania observaron que el sulfuro de hidrógeno se convierte en superconductor a menos 70 grados centígrados – cuando la sustancia se coloca bajo una presión de 1,5 millones de dólares bar. Esto corresponde a la mitad de la presión del núcleo de la Tierra. Con sus experimentos de alta presión de los investigadores en Mainz han de este modo no sólo establecer un nuevo récord para la superconductividad, sus resultados también han puesto de relieve una posible nueva forma de transportar la corriente a temperatura ambiente sin pérdida. Su artículo científico “superconductividad convencional a 203 K a altas presiones”, fue publicado en la reconocida journalNatureon 17 de de agosto de 2015.

Para muchos físicos de estado sólido, superconductores que son adecuados para su uso a temperatura ambiente son todavía un sueño. Hasta ahora, los únicos materiales que se sabe que conducen la corriente sin resistencia eléctrica y por lo tanto no hay pérdida hicieron sólo a temperaturas muy bajas. En consecuencia, la cerámica de óxido de cobre especiales, los llamados cupratos, tomaron las primeras posiciones en cuanto a la temperatura de transición, es decir, la temperatura a la que el material pierde su resistencia. El récord de una cerámica de este tipo es de aproximadamente menos 140 grados centígrados por la presión de aire normal y menos 109 grados Celsius a alta presión. En la cerámica, una forma especial, no convencional de la superconductividad ocurre. Para la superconductividad convencional, temperaturas de al menos menos 234 grados Celsius han sido necesarias hasta ahora.

Un equipo dirigido por el Dr. Mikhael Eremets, jefe del grupo de trabajo “la química y la física de alta presión” en el Instituto Max Planck de Química, que trabaja en colaboración con el Dr. Vadim Ksenofontov und Sergii Shylin del Instituto de Química Inorgánica y Química Analítica Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia se ha observado la superconductividad convencional a menos 70 grados centígrados en sulfuro de hidrógeno (H2S). Para convertir la sustancia, que es un gas en condiciones normales, en un metal superconductor los científicos hicieron sin embargo tienen que someter a una presión de 1,5 megabar o 1.500.000 bar.

“Con nuestros experimentos hemos establecido un nuevo récord de la temperatura a la cual se convierte en un material superconductor,” dijo el Dr. Mikhael Eremets. Su equipo también ha sido el primero en demostrar en un experimento que no son superconductores convencionales con una alta temperatura de transición. Los cálculos teóricos ya habían predicho esto para determinadas sustancias, incluyendo sulfuro de hidrógeno. “Hay un gran potencial en busca de otros materiales en los que se produce la superconductividad convencional a altas temperaturas”, enfatizó el físico. “No es teóricamente no hay límite para la temperatura de transición de los superconductores convencionales, y nuestros experimentos dan razones para esperar que la superconductividad incluso puede ocurrir a temperatura ambiente.”

Los investigadores generaron la altísima presión requerida para hacer superconductor sulfuro de hidrógeno a temperaturas negativas relativamente moderadas en una cámara de presión especial menor que un centímetro cúbico de tamaño. Las dos puntas de diamante en el lado, que actúan como yunques, son capaces de aumentar constantemente la presión que la muestra se somete a. La célula está equipado con contactos para medir la resistencia eléctrica de la muestra. En otra celda de alta presión, los investigadores fueron capaces de investigar las propiedades magnéticas de un material que también cambia en la temperatura de transición. Después de que los investigadores habían llenado la cámara de presión con sulfuro de hidrógeno líquido, que se incrementaron que actúa sobre la muestra de la presión gradualmente hasta aproximadamente dos megabar y cambiaron la temperatura para cada nivel de presión. Se llevaron las mediciones de la resistencia y la magnetización para determinar la temperatura de transición del material. Las medidas de magnetización proporcionar información muy útil, ya que un superconductor posee propiedades diamagnéticos ideales. El Dr. Vadim Ksenofontov y Sergii Shylin del Instituto de Química Inorgánica y Química Analítica de la Universidad de Mainz eran por lo tanto capaz de demostrar que el mecanismo que se utiliza puede ser descrito como la superconductividad convencional. Se llevaron a cabo análisis magnético de alta presión para medir el efecto Meissner. Para este experimento se desarrollaron células de alta presión especiales que permiten determinar parámetros específicos en el campo magnético con gran precisión.

Los investigadores creen que es principalmente átomos de hidrógeno que son responsables de sulfuro de hidrógeno de perder su resistencia eléctrica bajo alta presión a temperaturas relativamente altas: Los átomos de hidrógeno que oscilan en la red con la mayor frecuencia de todos los elementos, porque el hidrógeno es el más ligero. A medida que las oscilaciones de la red determinar la superconductividad convencional – y hacer esto de manera más eficaz cuanto más rápido los átomos oscilan – materiales con contenido de hidrógeno de alta exposición a temperatura relativamente alta de transición. Además, fuertes enlaces entre los átomos aumentan la temperatura a la cual un material se convierte en superconductor. Estas condiciones se cumplen en H3S, y es precisamente este compuesto que se desarrolla a partir de H2S a alta presión.

Los investigadores con sede en Mainz están buscando materiales con temperaturas de transición más altas. El aumento que actúa sobre el sulfuro de hidrógeno por encima de 1,5 megabar la presión no es útil en este caso. Esto no sólo ha sido calculada por los físicos teóricos, sino que ahora también confirmado en experimentos llevados a cabo por el equipo en Mainz. A temperaturas aún más altas la estructura de electrones cambios de una manera tal que la temperatura de transición comienza a disminuir. “Un candidato obvio para una alta temperatura de transición es hidrógeno puro,” dijo Eremets. “Se espera que se convertiría en superconductor a temperatura ambiente bajo alta presión.” Su equipo ya ha comenzado a experimentar con hidrógeno puro, pero los experimentos son muy difíciles ya que requieren presiones de tres o cuatro megabar.

“Nuestra investigación en sulfuro de hidrógeno Sin embargo, ha demostrado que muchos materiales ricos en hidrógeno pueden tener una alta temperatura de transición”, resumió Eremets. Incluso puede ser posible realizar un superconductor de alta temperatura digna de ese nombre, en términos de percepción de la temperatura sin común de alta presión. Los investigadores en Mainz actualmente necesitan la alta presión para convertir materiales que actúan eléctricamente aislantes como sulfuro de hidrógeno en los metales. “Puede ser polímeros u otros compuestos ricos en hidrógeno que se pueden convertir a los metales de alguna otra manera y se convierten en superconductores a temperatura ambiente,” dijo el físico. Si se pueden encontrar tales materiales, que finalmente tendría superconductores que pueden ser utilizados para una amplia gama de aplicaciones técnicas.

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