Superconductivity of Tellurium Polyhydride with Tc above 90K

Durante décadas, los científicos han estado buscando un material que pueda conducir electricidad sin pérdida de energía, un estado conocido como superconductividad. Si bien este fenómeno es bien conocido, generalmente requiere temperaturas tan frías que solo se encuentran en las profundidades más remotas del espacio, lo que hace que su uso práctico sea increíblemente difícil. La búsqueda se ha intensificado recientemente en torno a una familia específica de materiales llamados polihidruros, que son compuestos formados por hidrógeno unido a otros elementos. Teóricamente, estos materiales albergan una promesa única: si se comprimen con suficiente presión, los átomos de hidrógeno se ven obligados a estar tan cerca unos de otros que comienzan a comportarse como un metal, permitiendo potencialmente que la electricidad fluya libremente a temperaturas mucho más cálidas que nunca antes. Este concepto de "precompresión" sugiere que, al aplicar una fuerza inmensa, los investigadores podrían reducir la temperatura necesaria para la superconductividad hasta un punto en el que algún día pueda ser útil en el mundo real.

Basándose en esta idea, un equipo de investigadores ha añadido ahora un nuevo capítulo a la historia mediante el descubrimiento de la superconductividad en un compuesto hecho de telurio e hidrógeno. El telurio es un elemento químico que se encuentra en el lado derecho de la tabla periódica y, cuando se combina con hidrógeno bajo condiciones extremas, forma un material que conduce la electricidad sin resistencia a una temperatura de aproximadamente 91 Kelvin, lo que equivale a unos -182 grados Celsius. Aunque esto todavía está muy por debajo del punto de congelación del agua, representa un avance significativo para este tipo específico de material y marca la primera vez que se observa la superconductividad en un compuesto rico en hidrógeno de telurio.

Para crear este material, los científicos tuvieron que recrear las presiones aplastantes que se encuentran en las profundidades del núcleo de la Tierra. Utilizaron un dispositivo llamado celda de yunque de diamante, que consiste en dos diminutos diamantes con puntas planas que pueden presionarse entre sí para comprimir una muestra entre ellos. Dentro de esta cámara microscópica, colocaron una mota de telurio y una sustancia rica en hidrógeno llamada aminoborano, que sirvió tanto como fuente de hidrógeno como medio para transmitir la presión. Los investigadores calentaron la muestra con un láser potente a temperaturas de alrededor de 2,000 Kelvin, lo que descompuso el aminoborano, liberando gas de hidrógeno que reaccionó con el telurio para formar el nuevo compuesto. Este proceso fue delicado y difícil; el calor intenso requerido para forjar el material a menudo dañaba los yunques de diamante, lo que dificultaba la repetición del experimento o la prueba del material bajo cambios de presión.

Una vez formado el material, los investigadores midieron su resistencia eléctrica mientras mantenían la alta presión y enfriaban la muestra. Observaron que, a medida que la temperatura descendía, la resistencia eléctrica de la muestra caía drásticamente y finalmente desaparecía por completo, una señal clara de que el material se había convertido en un superconductor. En una de sus muestras, este estado de resistencia cero apareció a una temperatura de unos 91 Kelvin. Para confirmar que esto era realmente superconductividad y no simplemente un cambio en la estructura o el magnetismo del material, aplicaron campos magnéticos. Descubrieron que, a medida que el campo magnético se fortalecía, la temperatura a la que el material se volvía superconductor descendía, un comportamiento que es una característica distintiva de los verdaderos superconductores. Esta sensibilidad a los campos magnéticos también sugirió que las regiones superconductoras dentro de la muestra estaban conectadas por enlaces débiles, una característica común en materiales hechos de muchos cristales diminutos.

El equipo dirigió después un potente haz de rayos X hacia una gran instalación de investigación para mirar dentro del material y ver cómo estaban dispuestos sus átomos. El patrón de difracción que capturaron reveló que la fase superconductora es un compuesto específico llamado TeH4, donde un átomo de telurio está unido a cuatro átomos de hidrógeno. La estructura de este compuesto es bastante distinta, presentando jaulas de átomos de hidrógeno que comparten caras entre sí, formando una red que se asemeja a un panal de abeja. Dentro de esta estructura, los pares de átomos de hidrógeno se sitúan muy cerca, actuando casi como moléculas individuales atrapadas dentro de la estructura mayor. Este arreglo coincide con las predicciones teóricas hechas por otros científicos, quienes habían sugerido que esta forma específica sería estable bajo tales presiones altas y capaz de la superconductividad.

El descubrimiento sitúa al polihidruro de telurio junto al de hidruro de azufre como uno de los pocos conocidos superconductores de polihidruros de calcógeno. Aunque los investigadores no pudieron ciclar la presión hacia arriba y hacia abajo para ver cómo se comportaba el material debido a la fragilidad de sus muestras, los datos que recopilaron proporcionan una base sólida para comprender cómo se comportan los materiales ricos en hidrógeno bajo un estrés extremo. Los hallazgos confirman que, al comprimir estos elementos, es posible crear nuevos estados de la materia que conducen la electricidad con una eficiencia perfecta a temperaturas que, aunque todavía son muy frías, son más cálidas que las requeridas por los superconductores tradicionales. Este trabajo amplía el mapa de los materiales superconductores conocidos y ofrece más evidencia de que la promesa teórica de la superconductividad de alta temperatura en los polihidruros se está convirtiendo en una realidad tangible.