En un estudio publicado en Ciencia avanzada, investigadores dirigidos por el profesor Zhong Guohua del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen Tecnología (SIAT) de la Academia China de Ciencias (CAS) han hecho una predicción sobre la superconductividad por encima de 100 K dentro de las redes de jaulas de carbono.
Utilizando cálculos de primeros principios, crearon carburos con las características estructurales de las redes de jaulas de carbono, logrando un sólido acoplamiento electrón-fonón y superando las temperaturas de transición superconductoras de los carburos convencionales como el diamante, el grafeno, los nanotubos de carbono y el fullereno.
Recientemente, ha habido un gran interés en la superconductividad dentro de compuestos elementales livianos, particularmente en el contexto de la superconductividad a alta temperatura y presión ambiental. Los materiales de carbono, como compuestos elementales ligeros representativos, se consideran la piedra angular de los materiales del futuro.
Aunque se ha detectado superconductividad en ciertos materiales a base de carbono, incluidos el diamante, el grafeno, los nanotubos de carbono y el fullereno, las temperaturas de transición superconductoras (Tc) permanecen por debajo del punto crítico de 77 K, el punto de ebullición del nitrógeno líquido.
Explorar el desarrollo de superconductores de materiales de carbono con T elevada.c, los investigadores idearon dos nuevas estructuras de carbono con redes en forma de jaula. Investigaron meticulosamente su superconductividad introduciendo dopantes metálicos. Estas unidades de jaula, C24 y C32, están interconectados a través de superficies compartidas para crear estructuras cristalinas.
Los cálculos de alto rendimiento han anticipado que estas estructuras de red en forma de jaula pueden exhibir superconductividad de alta temperatura bajo presión ambiental cuando están dopadas con metales. En particular, C.24 Los cristales de la red de jaulas dopados con metales Na, Mg, Al, In y Tl demostraron una superconductividad a alta temperatura que superó los 100 K. Esto no solo superó al Tc de materiales de carbono comunes como diamante, grafeno, nanotubos de carbono y fullereno, pero también superó con creces el punto de ebullición del nitrógeno líquido.
Además, los investigadores revelaron que el acoplamiento de las estructuras de la jaula juega un papel fundamental, lo que resulta en interacciones electrón-fonón más fuertes en comparación con otros materiales de carbono y conduce a una T más alta.c. Descubrieron que la superconductividad de los carburos con redes de jaulas depende en gran medida de la electronegatividad y la concentración de dopaje de los metales introducidos. Una electronegatividad más débil y una mayor concentración de dopaje tienden a producir una T más altac valores.
"Nuestros hallazgos proporcionan una forma prometedora para el desarrollo de alta Tc superconductores. Anticipamos que este trabajo inspirará investigaciones experimentales y teóricas sobre superconductores de alta temperatura basados en carburos”, afirmó el profesor Zhong.