Philippe Bouvard
21/12/2013
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.
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
Subscriure's a:
Missatges (Atom)