L’estané, el primer superconductor a temperatura ambient?

Aquest material es comportaria com un aïllant topològic , dotat d’unes propietats de conducció que recorden les d’un superconductor.

Inspirats en el grafé, un equip de físics ha simulat el comportament d'una làmina feta d'àtoms d'estany i fluor. Batejat com a estané, aquest material es comportaria com un aïllant topològic dotat de propietats de conducció que recorden a les d’un superconductor. Encara que no és en el sentit estricte un superconductor, l’estané no oposa cap resistència a la conducció d'electricitat a temperatura ambient.

 

Unint àtoms de fluor (groc) sobre una capa d'àtoms d'estany (gris), s'obté un nou aïllant topològic amb notables propietats.
L’estané, condueix l'electricitat sense resistència al llarg de les seves vores (fletxes blaves i vermelles) a temperatures de fins a 100 ° C. Encara que de moment només amb simulacions teòriques per ordinador. 

Els aïllants topològics han despertat la curiositat de molts científics per les seves notables propietats de conducció elèctrica que suggereixen la realització de components electrònics més ràpids. Dins d'un material aquest actua com un aïllant, però la seva superfície condueix el corrent elèctric.

Va ser gairebé per casualitat que el seu descobriment es va dur a terme. Va ser el físic teòric Charles Kane estudiant detingudament la conductivitat dels electrons en un full de grafé. L'investigador es va adonar que la conducció es pot produir d'una manera que recorda el famós efecte Hall quàntum, observat per primera vegada el 1980. Però en aquest cas, no era necessari refredar un material a una temperatura molt baixa i submergir-lo en un camp magnètic.

Aïllants topològics i ordinadors quàntics

Avançant en les seves investigacions, Kane va demostrar que el fenomen era subtilment diferent, i que podria succeir amb altres estructures en dues dimensions. Aquest resultat va cridar l'atenció de Joel Moore, que el va estendre a les estructures en 3D. Com l'anàlisi matemàtica del fenomen de la conducció de Kane implicava consideracions de topologia, Moore va anomenar a la nova classe de materials descoberts pel seu col·lega, aïllants topològics.

L'estany, amb símbol Sn a la taula periòdica de Mendeleiev és un metall molt comú en les nostres vides.Potser amagui el potencial de revolucionar l'electrònica per poder fabricar un cosí del grafé, l’estané.

L'interès pels aïllants topològics va augmentar quan es van adonar que podien contenir els fermions de Majorana, i per tant ajudar a realitzar càlculs quàntics naturalment protegits contra els efectes de la decoherència. El 2006, el físic Shoucheng Zhang, de la Universitat de Stanford, va observar que certs tipus de nuclis pesats eren especialment adequats per a la producció d'aïllants topològics. També va pronosticar que un vidre a base de mercuri i tel·luri hauria de permetre verificar els càlculs de Kane i Moore. De fet el 2007, Laurens Molenkamp i els seus companys van anunciar que existeixen aïllants topològics. Pel seu treball , Charles Kane , Shoucheng Zhang i Laurens Molenkamp ser guardonats amb el Physics Frontiers Prize.

L’estané, un cosí superconductor del grafé?

La saga dels aïllants topològics potser hagi experimentat un nou gir amb l'article publicat per la Universitat de Cornell els autors del qual són Shoucheng Zhang i els seus col·laboradors. En aquest article els físics van anunciar que han realitzat simulacions per ordinador sobre les propietats de conducció d'un nou material. Els investigadors l'han anomenat estané, ja que es compon principalment d'àtoms d'estany formant un full en 2D similar al grafè. El seu nom deriva del llatí d'estany, és a dir, "Stannum".

Igual que tots els aïllants topològics en 2D, l’estané és conductor per les seves vores, però aïllant a l'interior de la fulla. El que és particularment sorprenent, si ens refiem de les simulacions, és que la conducció de l'electricitat es produeix sense resistència, com un superconductor, i molt important especialment, a temperatura ambient. Òbviament això és el que crea les expectatives per a una nova electrònica.

De moment, i suposant que l’estané posseeixi aquesta extraordinària propietat de comportar-se com els mítics superconductors però a temperatura ambient, Zhang Shoucheng li vaticina el seu ús a nivell de les connexions en un microprocessador. Però també podem imaginar una nova generació de xips que consumeixin menys energia i més ràpids gràcies a l’estané.

Ho he  vist aquí