Cien años de superconductividad

Este año se cumple el centenario del descubrimiento de la superconductiviad. A continuación se incluye un artículo escrito por las profesoras Mª Teresa Martín y Manuela Martín Sánchez describiendo el descubrimiento y los experimentos realizados para entender el fenómeno; así como un resumen de las investigaciones actuales sobre el tema.

Entre 1900 y 1905 Heike Kamerling Onnes (1853-1926) diseño aparatos que le permitieran obtener helio líquido y utilizar baños de helio líquido para poder medir la resistencia de distintos metales mediante un puente de Wheatstone. En septiembre de 1907  después de que él y sus colaboradores habían medido la resistencia del platino, en hidrógeno líquido, y comprobado como variaba  de 0 ºC a -191 ºC dice que “abandona su idea de 1904 en la que creía que la resistencia de los metales iba disminuyendo hasta un valor mínimo pero que a la temperatura T = 0 K se hacia infinita porque los electrones no se podían desplazar, se quedaban congelados” y relaciona la resistencia con la vibración de los electrones.

El 10 de Julio de 1908 Kamerling  Onnes consiguió por primera vez licuar el helio que a la presión atmosférica hervía a – 269 ºC. Una vez que consiguieron producir helio líquido y medir con precisión temperaturas de ese orden comenzaron a estudiar las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas de los materiales a temperaturas que solo se podían alcanzar utilizando helio líquido como refrigerante.

Uno de los temas de investigación fue la resistividad de metales ultrapuros y el 8 de abril de 1911, mientras estudiaban la resistividad de una muestra de mercurio ultrapuro, cuando la temperatura bajó alrededor de -269ºC, Onnes y sus colaboradores  observaron que la resistividad bajaba prácticamente a cero, había disminuido en seis ordenes de magnitud. En una comunicación de abril de 1911 indica que el experimento con mercurio puro ha demostrado sus predicciones, la resistencia del mercurio puro es mucho mas baja a la temperatura del punto de ebullición del helio que a la temperatura del hidrógeno .Experimentalmente han comprobado que a 13.9 K es aún 0.034 veces la resistencia del mercurio sólido a 0ºC y  mientras que a 4,3 K es solo 0,0013 y a 3 K es menos de 0,0001.

Sigue diciendo que queda comprobado experimentalmente que un metal muy puro se puede llevar a condiciones en que su resistencia sea cero. La confirmación de esa predicción le lleva a opinar que la resistencia de los metales muy puros es función de los “vibradores de Planck“, a los que se refiere en su teoría de la radiación. Añade  que esta teoría de los vibradores la han aplicado también Einstein al calor específico de los sólidos y Nernst al de los gases.

En relación con este tema, aparecen varias comunicaciones de Kamerling Onne, pero todas ellas las expone de forma resumida en la primera conferencia Solvay que se celebró en el Hotel Metrópol de Bruselas  del 29 de octubre al 4 de noviembre de 1911. Kamerling Onnes inicia su intervención titulada “Sobre las resistencias eléctricas” diciendo “me creo en el deber de atribuir a las impurezas el valor límite de la resistencia encontrado por Nernst para el aluminio. Yo he comprobado esto en el oro y el platino a la temperatura del helio líquido. En mis investigaciones con la ayuda de Clay he comprobado que la resistencia limite a la temperatura del hidrógeno líquido es mucho menor si los metales son más puros”. A continuación explica que trabaja con mercurio porque es el metal que ha conseguido de mayor pureza y que su resistencia, cuando es extremadamente puro, es prácticamente nula y no duda que lo mismo sucederá con el resto de los metales.

Atribuye este tipo de comportamiento, a la temperatura del hidrógeno sólido, a un tipo de congelación de los electrones de los átomos. Incluso indica esta parada de los electrones se debe como a una congelación de las oscilaciones de las que habla Planck. Y no duda de que los obstáculos del movimiento de los electrones se deben a estas oscilaciones Indica que este comportamiento cerca del cero absoluto es similar a lo que sugieren Einstein y Nernst sobre los calores específicos e ilustra sus hallazgos con las curvas obtenidas por Clay en los trabajos experimentales y que se indican en la siguiente gráfica; dónde se comprueba como al bajar la temperatura  a 4 K  la resistencia  en el mercurio cae hasta cero.

LANGEVIN, P.; DE BROGLIE, M. (eds.) (1912): La théorie du rayonnement et les quanta (Rapports et discussions de la reunion ténue à Bruxelles, du 30 octobre au 3 novembre 1911). Paris, Gauthier-Villars.

Es curioso que en la reunión Solvay además de Heike Kamerlingh Onnes estaban ocho científicos  que ya habían conseguido el Premio Nobel o lo iban a conseguir: Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), Wilhelm Wien (1864- 1928), Marie Curie (1867-1934), Ernest Rutherford (1871-1937), Kamerling  Onnes (1853- 1926), Max Planck (1858-1947), Walter Nernst (1864-1941), Jean Perrin (1870 -1942) y Albert Einstein (1879-1955). En la discusión posterior a la ponencia, únicamente le interpeló Langevin diciendo que si este cambio de conductividad en las proximidades del cero absoluto no se podría deber a un cambio de volumen al cambiar de estado, que al cambiar el  volumen cambie también la conductividad por una alteración en el número de electrones libres y todo se debiera al aumento de este número. A esta intervención únicamente contesta el propio Kamerling Onnes diciendo que tiene la seguridad de que este fenómeno está en relación con la teoría de Planck.

A Kamerling  Onnes se le otorgó el premio Nobel de Física de 1913 por estos descubrimientos.

Una idea de la importancia del tema queda clara si se  hace una revisión de todos los Premios Nobel que durante estos cien años  han recaído sobre descubrimientos relacionados con este tema. Han sido galardonados con el Premio Nobel de Física de los años 1913 (Kamerling Onnes), 1972 (Bardeen, Cooper y Schrieffer, por la teoria BCS), 1973 (Josephson, por el efecto Josephson), 1987 (Müller y Bednorz, por los superconducores de altas temperaturas) y 2003 (Abrikósov, Ginzburg y Leggett, por la superconductividad-superfluidez-vórtices de Abrikov).

El IOP (Institute of Physics) para celebrar el centenario de la superconductividad ha decidido dejar en abierto durante todo el 2011, en su web los 25 artículos más importantes sobre este tema que han aparecido en las revistas Superconductor Science and Technology, Journal of Physics, Condensed Matter, New Journal of Physics, EPL and Physica Scripta y en la presentación de esta página Peter Hirschfeld,  del New Journal of Physics, dice que han pasado muchos años desde que en 1961 Brian Pippard en su famoso conferencia titulada de “Cat and the Cream” que pronuncio en IBM, cuatro años después de la publicación de la teoría BCS, dijera que los problemas esenciales de la Física de bajas temperaturas ya habían sido resueltos la situación actual nos indica cómo los descubrimientos siguen sobre todo en los departamentos universitarios y en los laboratorios gubernamentales aunque los laboratorios de la industria casi han desparecido de la escena. Trabajos sobre fermiones pesados, cupratos, rutenatos fullerenos borados, boruro de magnesio, materiales  derivados del hierro, compuestos orgánicos, etc. dominan las publicaciones de las tres últimas décadas  y  casi cada descubrimiento de una nueva clase de superconductores obliga a  reexaminar los paradigmas teóricos.

Paul Ehrenfest, Hendrik Lorentz, Niels Bohr y Heike Kamerlingh Onnes en 1919 en el Laboratorio Criogénico de Leiden 

Jose E. Guerrero C
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Fuente: http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/2011/03/13/132181

Descubren que el vino induce la superconductividad de metales ferrosos

De todos los líquidos estudiados, el vino tinto se reveló como el mejor inductor de las propiedades superconductivas. 

Algunas de las bebidas alcohólicas utilizadas en la prueba son vino tinto, blanco y la cerveza

Los componentes con hierro se vuelven superconductivos al estar expuestos varios meses al aire

TOKIO, JAPÓN (07/MAR/2011).- Un grupo de investigadores del japonés Instituto Nacional de Ciencias Materiales ha descubierto que algunas bebidas alcohólicas calientes, especialmente el vino, inducen "enormemente" y en un tiempo menor la superconductividad de metales ferrosos.

Según reveló hoy el Institute of Physics (IOP) en su web, el valor del hallazgo radica en la demostración de que la superconductividad, resistencia nula al paso de corriente eléctrica, puede inducirse en un sólo día, cuando habitualmente son necesarios varios meses.

"Los componentes con hierro se vuelven superconductivos tras estar expuestos varios meses al aire, lo que es mucho, mucho tiempo", explicó uno de los científicos del proyecto, Yoshihiko Takano, que celebró el avance que ha supuesto este experimento.

"La muestra sumergida en vino tinto, sin embargo, se torna superconductiva en un sólo día, mucho más rápido que en la exposición aérea", detalló el investigador.

Las bebidas alcohólicas utilizadas en el experimento son el vino tinto y blanco, la cerveza, el sake japonés, y el whisky, que tras calentarse a 70 grados durante 24 horas, sirvieron de solución para sumergir piezas con componentes de hierro.

De todos los líquidos estudiados, el vino tinto se reveló como el mejor inductor de las propiedades superconductivas, que permite el paso de corriente eléctrica sin resistencia, lo que es de aplicación en tecnologías como los cables superconductores o en trenes de levitación magnética.

No obstante, otras bebidas con la misma concentración alcohólica mostraron diferencias notables, lo que a juicio de los investigadores sugiere que quizá no sea el alcohol lo que contribuye a fomentar la superconductividad, sino otro componente de estos líquidos.

Los investigadores aún no han descubierto las razones por las que bebidas alcohólicas ayudan a la supercoductividad, pero sospechan que la aportación de oxígeno de estos líquidos contribuyeron al cambio en las propiedades del hierro.

Los componentes con hierro desarrollan la superconductividad tras experimentar cambios moleculares a través de procesos químicos y al enfriarse a cierta temperatura en la que dejan de ser resistentes la corriente eléctrica.

Jose E. Guerrero C
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Fuente: http://www.informador.com.mx/tecnologia/2011/275939/6/descubren-que-el-vino-induce-la-superconductividad-de-metales-ferrosos.htm

Tendrá superconductividad gran impacto para la humanidad

Domingo, 13 Marzo 2011

Hermosillo.- El gobierno y la iniciativa privada del sector industrial deben valorar en toda dimensión que las aplicaciones de la superconductividad tendrán un trascendente impacto tecnológico para la humanidad.

El pionero de la investigación en superconductividad de la Universidad de Sonora (Unison), Gilberto González Boué, expuso que esos impactos se verán en el ahorro de energía, aplicaciones en medicina, sistema de transporte y velocidad de computadoras.

El investigador, con Maestría en Física y especializado en Ingeniería Nuclear, aseguró que de haber mayor inversión en este campo todo cambiaría radicalmente, pero desafortunadamente, al menos en México este horizonte todavía no se alcanza.

Planteó que a 100 años del descubrimiento de la superconductividad, uno de los descubrimientos más impresionantes en el mundo, ésta representa el gran acicate de la comunidad científica.

Ello, añadió, para abrir la posibilidad de encontrar nuevos materiales a temperatura ambiente y tener expectativas de alcanzar un enorme impacto tecnológico en la industria y los bienes materiales.

Consideró que en México el respaldo en esta área no sólo debe darse a través de programas gubernamentales.

A diferencia de los países desarrollados, donde la industria privada participa mayoritariamente en labores de investigación, dijo que en México el impulso de la ciencia sólo la paga el Estado, de ahí el lento desarrollo que se tiene en este campo.

De hecho, abundó, la iniciativa privada participa, pero solamente lo hace a través de programas de gobierno.

González Boué señaló que el reto es lograr superconductividad a temperatura ambiente que genere un ahorro extraordinario del 20 por ciento de energía en las líneas de transmisión, además de utilizarse en trenes de enorme velocidad.

Asimismo, lograr impactos en la medicina y en aparatos para resonancia magnética nuclear.

De alcanzarse este desarrollo tecnológico con materiales superconductores aplicándose en una infinidad de áreas, incluyendo el hogar, apuntó, se tendrían campos magnéticos de 7 a 9 veces mayores por la misma cantidad de energía.

Ejemplificó que en los motores eléctricos se podría tener un gran ahorro con potencia hasta siete veces mayor, como sucede en la refrigeración, disminuyendo unas 700 veces el consumo de energía.

Recordó que en 1989 el Departamento de Física de la Unison inició la incorporación al ‘boom' tecnológico de la ciencia de ese tiempo, al descubrirse materiales superconductores a temperatura mucho más alta de lo que existe en la naturaleza.

Jose E. Guerrero C

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Fuente: http://www.elmundodecordoba.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1076363:UH&catid=212:pais&Itemid=72

Bebidas como el vino y el sake aumentan superconductividad

Bebidas como el vino y el sake aumentan superconductividad

Antimio Cruz | Academia

2011-03-09

Hallazgo. El vino resultó un buen detonador de la superconductividad.

Las bebidas alcohólicas tienen una utilidad científica que nadie sospechaba: aumentan la velocidad con la cual viaja la electricidad en algunos metales. Científicos japoneses del Instituto Nacional de Ciencias de Materiales descubrieron que si sumergían 24 horas en vino tinto o en sake un metal compuesto con hierro, telurio y azufre, lograba incrementar la velocidad con la que viajan por ese metal los electrones y no tienen resistencia.

Una de las dificultades para facilitar que la electricidad viaje con alta velocidad a través de los metales es un fenómeno físico llamado “orden magnético”, que funciona como un freno a los electrones. Este freno físico se elimina sumergiendo los metales en vino o sake, esta última es la bebida alcohólica tradicional de Japón, extraída del arroz.

Aunque se hicieron pruebas con whisky y cerveza, no se observaron los mismos resultados, pero sí se incrementó la superconductividad cuando fueron inmersas en otra bebida alcohólica japonesa llamada shochu.

PROCESO. El profesor Yoshihiki Takano, líder del grupo de Nano Materiales del Instituto Nacional de Ciencias de Materiales de Japón, explicó que “hasta ahora sabíamos que los compuestos basados en hierro se pueden volver superconductores si se les deja en contacto con el aire durante muchos meses, pero este proceso no es práctico porque el periodo de tiempo es demasiado largo”.

“En este experimento sólo necesitamos un día para alcanzar los mismos niveles de superconductividad”, añadió.

La superconductividad es la capacidad de algunos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia y pérdida de energía en determinadas condiciones. Existen muchos materiales que tienen la capacidad de ser superconductores; algunos son elementos simples como el estaño y el aluminio, otros son aleaciones metálicas enriquecidas con otro tipo de minerales.

En la investigación japonesa se utilizaron diferentes aleaciones que tienen como base el hierro, y la gran novedad es que, anteriormente, se necesitaba un proceso de varios meses para hacerlos superconductores y con la inmersión en algunos tipos de alcohol, este proceso ocurre en un solo día.

Estos materiales sirven para construir instrumentos tan sofisticados como los teléfonos celulares, las máquinas de resonancia magnética, los transmisores de microondas y los aceleradores de partículas.  Debido a la variedad de aplicaciones tecnológicas que tienen los materiales superconductores, se ha hecho una muy extensa búsqueda y combinación de nuevos materiales para encontrar materias primas más efectivas y baratas.

El estudio incluyó a seis bebidas alcohólicas, algunas fermentadas y otras destiladas: Vino tinto y blanco, cerveza, whisky, sake y shochu. En cada una de ellas se sumergió el material con base en hierro, durante 24 horas a 70 grados centígrados, y después de midieron sus propiedades.

Entre las seis bebidas, el vino tinto demostró tener las mejores propiedades de  superconductividad, incluso por encima del vino blanco y de otras bebidas con la misma concentración de alcohol. Este dato sugiere que el incremento en la capacidad de superconducción no proviene del alcohol, sino de algún otro componente presente en esa bebida.

Casi todos los materiales basados en hierro experimentan un proceso llamado orden magnético, en el que las moléculas se alinean en un patrón regular. Para alcanzar la superconductividad, ese orden magnético debe ser suprimido. Los investigadores japoneses sospechan que cuando los metales entran en contacto con el alcohol, algunas moléculas de esas bebidas sustituyen o reacomodan las moléculas de la aleación.

El mecanismo detallado de este cambio no pudo ser explicado en este primer experimento, pero lo que se supone que la inmersión en alcohol es algo así como una inserción de partículas cargadas con electricidad.

Jose E. Guerrero C
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Fuente: http://www.cronica.com.mx/nota.php?id_nota=564960

Configuraciones básicas de un limitador de corriente superconductor

El concepto más sencillo de un limitador de corriente superconductor es el resistivo. En esta configuración, el material superconductor se conecta en serie en la línea a proteger. El superconductor se diseña para que la corriente nominal de la red sea inferior al valor de la corriente crítica. De esta forma la interferencia del superconductor en la línea es despreciable en condiciones normales de trabajo.

Cuando se produce un cortocircuito la corriente eléctrica supera el valor crítico y el material transita al estado resistivo. Con ello la impedancia en el circuito aumenta rápidamente y la corriente máxima que se alcanza es bastante inferior a la corriente de cortocircuito.
La situación óptima se produciría con un material superconductor muy largo. En esta caso, como la resistencia que es capaz de generar un material es proporcional a su longitud, lograríamos que la limitación fuera efectiva en cuanto la corriente superara ligeramente el valor de corriente crítica. En este contexto diferentes grupos de investigación y empresas han desarrollado materiales superconductores con geometrías que permiten obtener muestras con longitudes superiores al metro. Un ejemplo es la alternativa presentada por Nexans Superconductors en donde sobre un tubo de material superconductor se ha mecanizado un camino en forma de doble hélice.

En la imagen: Diseño de un elemento basado en una doble hélice sobre un tubo de material superconductor con el objeto de ser utilizado en un limitador de corriente superconductor.

Un problema adicional es que hay que tener en cuenta que los materiales superconductores de alta temperatura son materiales cerámicos y, en consecuencia, son materiales aislantes térmicos. Este hecho es importante a la hora de describir cómo se inicia la transición al estado resistivo. Generalmente este proceso se inicia en el punto del material que presenta las peores propiedades y ese punto al generar resistencia se va calentando. A diferencia de un metal, esta calor no calienta todo el material sino que se queda concentrado en esa región creando lo que se llama un punto caliente. En esta situación el limitador de corriente no sería efectivo y este es el segundo reto de los investigadores, lograr que cuando se produce la transición sea todo el material el que transita y genera resistencia y no solamente estos primeros puntos. Para ello se está trabajando en lograr materiales con propiedades más uniformes y en alternativas que favorezcan que una vez que se ha iniciado la transición en un punto, esta transición se propague a toda la muestra lo más rápidamente posible. Una solución que se está utilizando habitualmente es recubrir el material superconductor con una pequeñas capa metálica que ayude a distribuir el calor generado en estos puntos calientes y actúe como resistencia en paralelo.

Un segundo diseño de limitador de corriente superconductor es el que se conoce como inductivo. En este caso el limitador de corriente es un transformador en el que el primario es una bobina metálica a la que se conecta la red y que está acoplada con un secundario superconductor cortocircuitado. En condiciones normales el secundario está en estado superconductor que es capaz de compensar el campo magnético creado por el primario. En cambio al producirse el cortocircuito, el material superconductor pasa al estado resistivo y cambia completamente el acoplamiento del transformador incrementando la impedancia del sistema y limitando la corriente. En este caso diseñando adecuadamente el transformador podemos proteger adecuadamente al superconductor. El principal problema es conseguir muestras superconductoras con los tamaños requeridos. Generalmente son necesarios cilindros o anillos con diámetros en el orden de 50 a 70 centímetros.

Existen otros diseños que se han llamado híbridos. En ellos el secundario del transformador se fabrica con una bobina metálica normal, pero que está cortocircuitada a través de un material superconductor. En estado normal, el superconductor no presenta resistencia, mientras que al producirse el cortocircuito la impedancia del secundario aumenta porque el superconductor empieza a generar resistencia.
Otro aspecto importante de un limitador de corriente superconductor es que una vez que se ha producido la limitación el sistema puede volver por sí solo de nuevo al estado superconductor sin necesidad de ninguna intervención externa. Usualmente este tiempo puede llegar a ser de unos pocos segundos aunque se está trabajando intensamente en reducir este tiempo todo lo posible.

En estos momentos se están finalizando ya los primeros prototipos a escala comercial, los cuales se han comenzado a instalar experimentalmente en pequeñas subestaciones.

Jose E. Guerrero C
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http://www.aragoninvestiga.org/Materiales-superconductores-para-una-electricidad-mas-segura/

Un Modo Para Permitir Que Superconductividad y Magnetismo Coexistan



La superconductividad, el flujo de electrones sin resistencia, típicamente se ve anulado por los campos magnéticos, los cuales interrumpen la intrincada coreografía del movimiento de los electrones. Ahora, un grupo de físicos teóricos de la Universidad de Cornell, en colaboración con físicos experimentales en la Universidad Rice, ha diseñado cuidadosamente un sistema en el que ambos fenómenos parecen ser capaces de coexistir.

Los investigadores fabricaron y probaron un material extremadamente delgado y frío, análogo a un superconductor magnético, y que es una especie de cable unidimensional lleno de átomos de litio.

El equipo de científicos colocó a los átomos de litio en haces de tubos muy estrechos, cada uno de los cuales tenía sólo un átomo de espesor.

Para poder ver las propiedades superconductoras, los investigadores enfriaron los tubos hasta algo menos de una cienmillonésima de grado centígrado por encima del Cero Absoluto.

Dentro de los tubos, los átomos podían rebotar unos contra otros sólo en línea recta a lo largo del tubo. Esta restricción cinética estabiliza una onda de densidad de espín en la cual el magnetismo es modulado periódicamente a lo largo del tubo a escala atómica. La superconductividad se manifiesta principalmente en las regiones en donde el magnetismo es débil.

El equipo de investigación, que ha incluido a Erich Mueller y Stefan Baur, analizó los datos experimentales y produjo modelos microscópicos del sistema.

La principal técnica matemática usada para el trabajo fue inventada por el físico y premio Nobel Hans Bethe en la década de 1930. Mueller describe la técnica como "uno de los mayores legados de Bethe".


Jose E. Guerrero C
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http://7ciencies.blogspot.com/2011/01/un-modo-para-permitir-que.html

Superconductividad del Grafeno; ¿Universal?

El valor experimental del grafeno, un material con alta conductividad, viene definido por unidades físicas fundamentales independientemente del origen de la muestra. Esto resulta extraordinario, pero ahora investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ofrecen en la revista Physical Review B una explicación a este sorprendente fenómeno.

Desde el primer trabajo publicado sobre grafeno por los recientemente galardonados con el premio Nobel Andre Geim y Konstantin Novoselov, la conductividad de este material ha sido el centro de un intenso debate. El hecho de que su valor experimental venga definido por unidades físicas fundamentales, independientemente del origen de la muestra de grafeno, es algo extraordinario. En una reciente publicación, Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid ofrecen una explicación a este sorprendente hecho.

La aparición de nuevos fenómenos en Física de la Materia Condensada se encuentra indefectiblemente unida a la síntesis, fabricación e incluso al descubrimiento casual de nuevos materiales; y lo que es aún más importante, a la calidad de dichos materiales.

Las heteroestructuras de diferentes materiales semiconductores son, por poner un ejemplo, un claro reflejo de esta relación entre el progreso en la fabricación y el descubrimiento de nuevos fenómenos físicos. En la actualidad un nuevo material es el responsable del renovado interés en los sistemas electrónicos bidimensionales: el grafeno.

Difícilmente se puede encontrar un material que haya creado tantas expectativas en la comunidad científica y en tan poco tiempo como el grafeno. Su espectacular auge rivaliza ya con el que en su día tuvieron los nanotubos de carbono, las multicapas magnéticas, las heteroestructuras semiconductoras e incluso con el de los propios superconductores de alta temperatura crítica.

El término grafeno se refiere a una única lámina de átomos de carbono organizados en una estructura cristalográfica de tipo hexagonal. La estructura electrónica de grafeno era conocida por los físicos teóricos desde hace aproximadamente 60 años.

No obstante, el hecho de que los mismos físicos teóricos estuviesen de acuerdo en que no existe orden de largo alcance en dos dimensiones (y el grafeno es un cristal estrictamente bidimensional) hacía que sus fascinantes propiedades electrónicas no pasasen de ser una mera curiosidad académica.
Las ecuaciones de Schrödinger y Dirac.

El principal motivo del interés despertado por este material es la naturaleza excepcional de sus portadores. En Física de la Materia Condensada, la ecuación de Schrödinger describe las propiedades electrónicas de cualquier material. El grafeno no es una excepción pero las interacciones con los núcleos de los átomos de carbono hacen que los electrones en el grafeno imiten en su comportamiento a partículas relativistas sin masa gobernadas por la ecuación de Dirac.

Si a la falta de defectos estructurales y consiguiente estabilidad mecánica le añadimos las mencionadas propiedades electrónicas “relativistas”, el resultado es un material en el que sus portadores muestran una movilidad extraordinaria si se compara con la de semiconductores como el silicio.

Se cree que la movilidad está fundamentalmente limitada por impurezas derivadas del contacto con el sustrato, aunque, a día de hoy, la naturaleza de éstas no haya sido identificada con certeza.

Otro aspecto aún más intrigante, es el hecho de que la conductividad del grafeno sin dopar es finita y aparentemente está definida a través de constantes universales presentando un valor en torno a 4e²/h para la mayor parte de las muestras. Esto es algo difícilmente anticipable dado que el grafeno es un semiconductor de gap cero y su densidad de estados es cero al nivel de Fermi. ¿Por qué el valor de la conductividad es universal y cuál es su origen microscópico? son preguntas fundamentales que permanecen sin respuesta.

En el trabajo recientemente publicado en Physical Review B por investigadores del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), este tema fue abordado desde un punto de vista teórico-computacional usando técnicas de primeros principios en combinación con teoría de transporte electrónico cuántico.

Los investigadores de la UAM se ayudaron de un nuevo material imaginario apodado “hidrófeno”, que presenta unas propiedades electrónicas similares a las del grafeno pero con un coste computacional mucho menor. Sus cálculos han revelado que la conductividad se encuentra en el entorno de 4e²/h y que es sorprendentemente robusta a la variación en la densidad e intensidad de las impurezas cercanas al grafeno. De ahí la falsa sensación de universalidad.

Jose E. Guerrero C
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http://elprofesordeciencias.blog.com.es/2011/02/02/superconductividad-del-grafeno-universal-10493584/