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El Santo Grial de la eficiencia energética: los físicos avanzan en la carrera de superconductividad a temperatura ambiente

En su estudio, un equipo de físicos del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (NEXCL) de la UNLV utilizó una celda de yunque de diamante, una configuración de investigación similar a la que se muestra aquí, para reducir las observaciones capaces de lograr la ultrapresión a temperatura ambiente requerida para los materiales conductores.Crédito: Imagen cortesía de NEXCL

Hace menos de dos años, la comunidad científica se sorprendió por el descubrimiento de un material capaz de superconducir a temperatura ambiente. Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Nevada, Las Vegas (UNLV) ha vuelto a subir la apuesta, repitiendo la hazaña con la presión más baja de la historia.

Para ser claros, esto significa que la ciencia está más cerca que nunca de un material utilizable y reproducible que algún día podría revolucionar la forma en que se transporta la energía.

En 2020, el físico de la UNLV Ashkan Salamat y sus colegas Ranga Dias, físico de la Universidad de Rochester, llegaron a los titulares internacionales por su primer descubrimiento de la superconductividad a temperatura ambiente. Para lograr esta hazaña, los científicos primero sintetizaron químicamente una mezcla de carbono, azufre e hidrógeno en un estado metálico, y luego usaron una presión extremadamente alta (267 gigapascales) para llegar a un estado superconductor a temperatura ambiente, algo que solo se puede hacer cerca el centro de la tierra de la naturaleza.

Avance rápido menos de dos años, y los investigadores ahora pueden lograr la hazaña con una presión de 91 GPa, aproximadamente un tercio de la presión informada originalmente.Los nuevos hallazgos se publican en la revista como artículo senior. comunicaciones químicas Este mes.

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Al realizar ajustes detallados en la composición de carbono, azufre e hidrógeno utilizados en el avance original, los investigadores ahora pueden producir un material que retiene su estado superconductor a presiones más bajas.

“Estas presiones son difíciles de entender y evaluar fuera del laboratorio, pero nuestra trayectoria actual muestra que es posible lograr temperaturas superconductoras relativamente altas a presiones consistentemente más bajas, nuestro objetivo final”, dijo el autor principal del estudio, Gregory Alexander Smith. , investigadora graduada del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada (NEXCL) de la UNLV. “Al final del día, si queremos que los dispositivos sean buenos para las necesidades de la sociedad, entonces tenemos que reducir la presión necesaria para fabricarlos”.

Si bien la presión sigue siendo alta, aproximadamente mil veces mayor que la que experimentas en el fondo de la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, continúan acercándose a casi cero. La carrera ha crecido exponencialmente en la UNLV a medida que los investigadores obtienen una mejor comprensión de las relaciones químicas entre el carbono, el azufre y el hidrógeno que componen el material.

“Nuestra comprensión de la relación entre el carbono y el azufre avanza rápidamente, y estamos descubriendo respuestas que conducen a respuestas distintas y más eficientes que las observadas originalmente”, dijo Salamat, quien dirige NEXCL de la UNLV y contribuyó al último estudio. “Observar fenómenos tan diferentes en sistemas similares muestra la riqueza de la naturaleza. Todavía hay mucho que aprender, y cada nuevo avance nos acerca al borde de los dispositivos superconductores cotidianos”.

El Santo Grial de la Eficiencia Energética

La superconductividad es un fenómeno notable observado por primera vez hace más de un siglo, pero solo a temperaturas muy bajas se adelantó a la idea de cualquier aplicación práctica. No fue hasta la década de 1960 que los científicos especularon que esta hazaña podría ser posible a temperaturas más altas. El superconductor a temperatura ambiente descubierto por Salamat y sus colegas en 2020 ha entusiasmado a la comunidad científica, en parte porque la tecnología admite corriente eléctrica con resistencia cero, lo que significa que la energía a través de un circuito puede conducirse indefinidamente sin pérdida de potencia. Esto podría tener implicaciones importantes para el almacenamiento y la transmisión de energía, lo que respalda todo, desde mejores baterías para teléfonos celulares hasta redes de energía más eficientes.

“La crisis energética global no muestra signos de desaceleración y los costos están aumentando, en parte porque la red de energía de EE. UU. está perdiendo alrededor de $30 mil millones al año debido a las ineficiencias tecnológicas actuales”, dijo Salamat. “Para el cambio social, debemos ser liderados por la tecnología, y creo que el trabajo que se realiza hoy está a la vanguardia de las soluciones del mañana”.

Según Salamat, las propiedades de los superconductores podrían respaldar una nueva generación de materiales que podrían cambiar fundamentalmente la infraestructura energética en los Estados Unidos y más allá.

“Imagine tomar la energía de Nevada y enviarla a todo el país sin ninguna pérdida de energía”, dijo. “Esta tecnología podría algún día ser posible”.

Referencias: G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snider, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Elyse Jones, Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias y Ashkan Salamat, julio de 2022 7, comunicaciones químicas.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

El autor principal, Smith, fue investigador de pregrado de la UNLV en el laboratorio de Salamat y actualmente es estudiante de doctorado en química e investigación en NEXCL. Otros autores del estudio incluyen a Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White y Keith Lawler de la UNLV, Ranga Dias, Elliot Snider y Elyse Jones de la Universidad de Rochester, Ines E. Collings del Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales. y Sylvain Petitgirard del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich, y Jesse S. Smith del Laboratorio Nacional de Argonne.

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