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Aleaciones de alta entropía para nuevos superconductores

16.01.2021

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado un nuevo superconductor de aleación de alta entropía utilizando datos extensos sobre sustancias superconductoras simples con una estructura cristalina específica. Se sabe que las aleaciones de alta entropía retienen características superconductoras hasta presiones extremadamente altas. El nuevo superconductor Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2 tiene una transición superconductora a 8K, que es una temperatura relativamente alta para las aleaciones. El enfoque del equipo se puede aplicar al descubrimiento de nuevos materiales superconductores con propiedades deseables específicas.

Han pasado más de cien años desde el descubrimiento de la superconductividad, cuando se descubrió que algunos materiales repentinamente exhiben una resistencia mínima a las corrientes eléctricas por debajo de la temperatura de transición. A medida que exploramos formas de eliminar el desperdicio de energía, una forma de reducir significativamente las pérdidas de transmisión es una perspectiva emocionante. Pero el uso generalizado de la superconductividad está limitado por los requisitos de los superconductores existentes, especialmente las bajas temperaturas requeridas. Los científicos necesitan una forma de descubrir nuevos materiales superconductores sin ensayo y error bruto y sin modificar propiedades clave.

El equipo, dirigido por el profesor asociado Yoshikazu Mizuguchi de la Universidad Metropolitana de Tokio, ha creado una "plataforma de descubrimiento" que ya ha llevado a la creación de muchas sustancias superconductoras nuevas. Su método se basa en aleaciones de alta entropía, donde cinco o más elementos pueden ocupar ciertas posiciones en estructuras cristalinas simples. Después de aplicarse a materiales resistentes al calor y dispositivos médicos, se ha descubierto que algunas aleaciones de alta entropía tienen propiedades superconductoras con algunas características excepcionales, en particular, mantienen una resistividad cero bajo presiones extremas. El equipo busca en bases de datos de materiales e investigaciones de vanguardia y encuentra una variedad de materiales superconductores con una estructura cristalina común pero diferentes elementos en ubicaciones específicas. Luego se mezclan y crean una estructura que contiene muchos de estos elementos; en todo el cristal, estos "nodos de aleaciones de alta entropía" están ocupados por uno de los elementos mixtos. Ya han logrado crear variantes de alta entropía de superconductores en capas de compuestos de sulfuro de bismuto y telururo con la estructura cristalina del cloruro de sodio.

Los científicos se centraron en la estructura del aluminuro de cobre (CuAl2). Se sabe que los compuestos que combinan un elemento de metal de transición (Tr) y circonio (Zr) en TrZr2 con esta estructura son superconductores, donde Tr puede ser Sc, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Rh, Pd, Ta o Ir. El equipo combinó un "cóctel" de estos elementos utilizando la fusión por arco para crear un nuevo tipo de compuesto de aleación de alta entropía, Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2, que mostró propiedades superconductoras. Examinaron tanto la resistividad como la capacidad calorífica electrónica, la cantidad de energía utilizada por los electrones en un material para elevar la temperatura, y determinaron una temperatura de transición de 8,0 K. No solo es un valor relativamente alto para un tipo de aleación de alta entropía superconductor, confirmaron que este material tiene signos de superconductividad "a granel".

El aspecto más emocionante de esto es la amplia gama de otros metales de transición y proporciones que se pueden probar y ajustar para lograr temperaturas de transición más altas y otras propiedades deseadas, todo sin cambiar la estructura cristalina subyacente. El equipo espera que su éxito conduzca a más descubrimientos de nuevos superconductores basados en aleaciones de alta entropía en un futuro próximo.

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