Superconductivitat: com són els nous superconductors d'elevada temperatura crítica?
«Cap teoria pot explicar bé la superconductivitat en altres temperatures, tot i que sembla estar fortament relacionada amb les propietats magnètiques dels materials», explica Francesc Illas, director de l¿Institut de Química Teòrica i Computacional de la UB (IQTCUB). El 2008, amb la descoberta d'una nova família de superconductors a alta temperatura crítica basats en ferro i arsènic (AsFe), arriba la segona revolució en l'univers de la superconductivitat. Els nous compostos, sense coure (Cu) i amb oxigen, fluor o arsènic, obren les perspectives dels científics per resoldre incògnites obertes en el món de la física de l'estat sòlid.
Però, són tan diferents les dues famílies de superconductors a alta temperatura? Per a Francesc Illas, «la idea principal del nostre treball és destacar que aquests materials no són tan diferents dels cuprats com es creia. Aquesta és una conclusió clau per unificar la visió sobre les dues famílies de materials superconductors». Segons l'estudi, l'estructura electrònica és similar en les dues famílies de materials superconductors: en concret, l'article destaca que els compostos de ferro i arsènic són antiferromagnètics, i mostren una gran frustració d'espín, és a dir, unes fortes interaccions magnètiques que dificulten la interpretació dels experiments.
Una altra innovació clau de l'article és l'ús de tècniques sofisticades d'estudi de l'estructura electrònica, tècniques com per exemple, els híbrids funcionals. «En els cuprats -explica Illas- les metodologies més emprades són les estàndards Local Density Approximation (LDA) i Generalized Gradient Approximation (GGA), que prediuen que aquests sistemes haurien de tenir un fort caràcter metàl·lic. Ara bé, en estudis experimentals, i amb compostos sense dopatge, que són les impureses que faciliten la superconductivitat, s¿ha vist que els cuprats són aïllants i antiferromagnètics, però no metàl·lics». És a dir, cal abordar l'estudi d'aquest tipus de sistemes amb mètodes més acurats que els estàndards LDA i GGA per obtenir-ne una descripció satisfactòria de l'estructura electrònica i les propietats.
Segons els experts, si s'estudia l'estructura electrònica dels nous compostos amb ferro i arsènic amb LDA i GGA, es tornen a detectar resultats erronis, com ja van demostrar en els cuprats. «Aquests tècniques -apunta Illas- no són adequades per descriure bé els sistemes fortament correlacionats (cuprats, noves famílies de superconductors, etc.), i les limitacions estan ben descrites en la literatura científica». Cal utilitzar, per tant, aproximacions més elaborades per descriure correctament l'estructura electrònica i les propietats d'aquests materials magnètics.
La descoberta de la superconductivitat és un dels capítols més sorprenents de la ciència moderna. Dins l'univers de la física, és un avenç enorme en el món de les tecnologies futures i els compostos nous. El gran somni, per als experts, és establir un model teòric satisfactori de l'estructura electrònica per poder esbrinar el mecanisme de formació de la fase superconductora per proposar la síntesi de superconductors a temperatura ambient, i tot apunta que l'objectiu no és impossible. De moment, però, la formulació més realista és conèixer millor les propietats de compostos superconductors en rangs de temperatures cada cop més altes i acotar els diferents aspectes de l'estructura electrònica dels materials que hi contribueixen, un àmbit de recerca en què el grup coordinat per Francesc Illas és un dels líders a escala nacional.