Se identifican potenciales superconductores basados en el hidrógeno
La superconductividad es un fenómeno fascinante que se produce en determinados materiales. Cuando se enfrían por debajo de una temperatura específica, estos materiales pierden toda resistencia eléctrica, convirtiéndose en conductores perfectos. «Ello los convierte en materiales ideales para diversas aplicaciones electromagnéticas», explica el coordinador del proyecto SuperH, Ion Errea(se abrirá en una nueva ventana) de la Universidad del País Vasco(se abrirá en una nueva ventana). «Por ejemplo, se trata de motores eléctricos, generadores de energía, máquinas de resonancia nuclear y sensores».
Potencial de los materiales a base de hidrógeno
Sin embargo, un reto fundamental es que la temperatura crítica suele ser extremadamente baja, del orden de unos pocos kelvin. Ello ha limitado la aplicación práctica de los superconductores. El proyecto SuperH, respaldado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), pretendía abordar este reto investigando el potencial de los materiales basados en el hidrógeno. El trabajo se basó en predicciones recientes de que estos materiales pueden superconducir a temperaturas más elevadas. «Queríamos investigar si existen materiales de la misma familia del hidrógeno que sean realmente superconductores de alta temperatura y que funcionen a la presión del aire circundante y ambiental», explica Errea.
Nuevos cálculos de primeros principios
Para saber si es posible la superconductividad de alta temperatura en superconductores basados en hidrógeno a baja presión, incluso ambiental, el equipo se propuso primero comprender mejor cuándo y por qué esos materiales alcanzan altas temperaturas críticas. A continuación, el equipo quiso desarrollar nuevas herramientas teóricas para identificar compuestos viables y calcular con precisión sus temperaturas críticas. «Utilizamos cálculos teóricos de primeros principios tanto para comprender y caracterizar los materiales basados en el hidrógeno como para predecir nuevos superconductores», añade Errea. Los cálculos de primeros principios consisten en desglosar los problemas complejos hasta llegar a sus fundamentos y, a continuación, razonar a partir de esos principios básicos. «Sin embargo, los materiales que contienen grandes cantidades de hidrógeno se ven afectados por las fluctuaciones cuánticas. Los métodos teóricos de primeros principios al comienzo del proyecto no estaban preparados para incluir esos efectos cuánticos, predecir la estabilidad termodinámica o calcular las temperaturas críticas superconductoras». Por ello, Errea y su equipo desarrollaron novedosos métodos de primeros principios para abordar dicho reto. A continuación, se usaron para caracterizar compuestos y predecir nuevos superconductores basados en hidrógeno.
Nuevas oportunidades de investigación en superconductividad
El trabajo ha dado lugar a una serie de avances. Por ejemplo, Errea y su equipo pudieron deducir que los superconductores basados en hidrógeno adquieren una temperatura crítica elevada cuando crean redes de enlace con electrones localizados. «Ello nos ayudó a orientarnos en la búsqueda de nuevos materiales», afirma. «También pudimos comprender que las fluctuaciones cuánticas del hidrógeno son buenas para la superconductividad en estos compuestos. Ayudan a estabilizar termodinámica y dinámicamente compuestos de alta temperatura crítica a presiones mucho más bajas de lo esperado». Con estos conocimientos y los novedosos métodos desarrollados, el proyecto SuperH ha podido predecir una serie de nuevos materiales, como por ejemplo el RbPH3. «Según nuestros cálculos, puede sintetizarse a una presión de 30 GPa (una presión muy alta) y permanece estable hasta la presión ambiente con una temperatura crítica de aproximadamente 100 kelvin». Lo que eso demuestra es que pueden existir superconductores basados en hidrógeno de alta temperatura crítica a presión ambiente. Ello abre nuevas vías en el amplio campo de la superconductividad, y nuevas esperanzas de descubrir nuevos e interesantes superconductores que mejoren los actuales. «El reto ahora es colaborar con investigadores experimentales para ayudarles a sintetizar nuestras nuevas predicciones, por ejemplo RbPH3», señala Errea. «Mientras tanto, seguiremos con más predicciones de materiales similares».
