Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio descubrieron un nuevo material superconductor. Combinaron hierro, níquel y circonio para crear un nuevo circonio de metal de transición con diferentes proporciones de hierro a níquel. Si bien tanto el circonio de hierro como el circonio de níquel no son superconductores, las mezclas recién preparadas sí lo son, y exhiben un diagrama de fases “en forma de cúpula” típico de los llamados “superconductores no convencionales”, una vía prometedora para desarrollar materiales superconductores de alta temperatura que puedan ser usados más ampliamente por la sociedad.
Los superconductores ya desempeñan un papel activo en tecnologías de vanguardia, desde imanes superconductores en dispositivos médicos y sistemas maglev hasta cables superconductores para transmisión de energía. Sin embargo, generalmente dependen del enfriamiento a temperaturas de alrededor de cuatro Kelvin, un obstáculo clave para un despliegue más amplio de la tecnología. Los científicos están buscando materiales que puedan mostrar resistividad cero a temperaturas más altas, particularmente el umbral de 77 Kelvin en el que se puede usar nitrógeno líquido para enfriar los materiales en lugar de helio líquido.
La buena noticia es que han comenzado a aparecer candidatos prometedores, como los superconductores a base de hierro descubiertos en 2008. Cada vez está más claro que la superconductividad de alta temperatura podría seguir un mecanismo diferente al de los “superconductores convencionales” que siguen marcos teóricos bien establecidos, en particular la teoría BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer). En particular, los materiales con elementos magnéticos, o aquellos que exhiben “ordenamiento magnético”, han comenzado a emerger como importantes para el surgimiento de la “superconductividad no convencional”.
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Yoshikazu Mizuguchi de la Universidad Metropolitana de Tokio ha concebido un nuevo material superconductor que contiene un elemento magnético. Por primera vez, demostraron que una aleación policristalina de hierro, níquel y circonio muestra propiedades superconductoras. Curiosamente, tanto el circonuro de hierro como el circonuro de níquel no son superconductores en forma cristalina. En experimentos que comenzaron como un proyecto de estudiantes universitarios, el equipo combinó hierro, níquel y circonio en diferentes proporciones utilizando un método conocido como fusión por arco, confirmando que la aleación resultante tenía la misma estructura cristalina que los circonios de metales de transición tetragonales, una familia de materiales superconductores prometedores. También se descubrió que las constantes de la red, o las longitudes de las celdas repetidas, cambiaban suavemente con la proporción de hierro a níquel. Fundamentalmente, encontraron una región de composiciones donde la temperatura de transición superconductora aumentaba y luego volvía a caer. Esta forma “en forma de cúpula” es un sello prometedor de la superconductividad no convencional.
Experimentos adicionales confirmaron que la magnetización del circonuro de níquel exhibe una anomalía similar a una transición magnética, lo que sugiere una estrecha relación entre sus hallazgos y la superconductividad no convencional que surge del orden magnético sugerido en otros materiales. Esperan que su nueva plataforma para estudiar la superconductividad no convencional pueda inspirar nuevos avances en nuestra comprensión de su mecanismo, así como en el diseño práctico de materiales de vanguardia para la próxima generación de dispositivos superconductores.
El trabajo fue apoyado por la subvención número 23KK0088 de JSPS-KAKENHI, un Proyecto de Investigación de TMU para una Sociedad Futura Emergente y una subvención de investigación avanzada del gobierno de Tokio (H31-1).
- El paper Superconducting properties and electronic structure of CuAl2-type transition-metal zirconide Fe1-xNixZr2, fue publicado en Journal of Alloys and Compounds. Autores: Ryunosuke Shimada, Yuto Watanabe, Lorenzo Tortora, Giovanni Tomassucci, Muammer Yasin Hacisalihoglu, Hiroto Arima, Aichi Yamashita, Akira Miura, Chikako Moriyoshi, Naurang L. Saini & Yoshikazu Mizuguchi