Eroaletasuna, 'giro-gori'

Hamabost gradu. Udazkeneko ohiko tenperatura Euskal Herrian. Lorpen bat, mugarri bat, ordea, AEB Ameriketako Estatu Batuetako laborategi batean. Material supereroale bat lortu dute giro tenperaturan, hamabost gradutan. Aurretik material supereroaleak lortuta zeuden, baina hotza behar zuten supereroale izateko, sekulako hotza. Material horien eta haien supereroaletasunaren erabilera edo garapen praktikoa zailtzen duen baldintza.

Orain, giro tenperaturan lortu dute, baina mugarriak muga erraldoi bat du: presioa. Material berri hori lortzeko sekulako presioa eragin behar izan diote: 267 gigapascalekoa, itsas mailako presioaren halako 2,6 milioi, Lurraren nukleoan dagoen presioaren %75aren parekoa.

Presio baldintza horiek, jakina, ezinezko egiten dute material horrek erabilera praktikoren bat izatea. Giro tenperaturan eta presioan supereroalea izango litzatekeen materiala lortzea da erronka. Edo horietatik gertu egongo dena, behintzat.

Rochesterreko Unibertsitateko (New York) ikerketa talde batek lortu du giro tenperaturako supereroaletasuna. Ranga Dias Sri Lankako ikertzailea da taldearen buru. Urriaren 14an argitaratu zuten ikerketa, Nature aldizkarian. Hidrogenoa, sufrea eta karbonoa erabili dituzte material berri hori sortzeko. Supereroalea dela badakite, baina oraindik ez dakite nolakoa den. Ikertzen ari dira.

«Lortutakoa mugarria da, supereroaletasuna frogatu duelako giro tenperaturan», onartu du Ion Erreak, EHUko ikertzaile eta irakasleak. Materialen Teoria Kuantikoko ikerketa taldea zuzentzen du, CFM Materialen Fisika Zentroan (EHUren eta CSICen zentro mistoa). Kalkulu teorikoak egiten dituzte material jakin batzuen supereroaletasunari buruz. Ranga Diasen taldeak Nature-n argitaratutako artikuluaren erreferentzien arteanErreak parte hartutako bi ikerketa ageri dira.

Mugarria 2015ean

Mugarria bai, baina Errearen ustez mugarri handiagoa izan zen 2015ean argitaratutako ikerketa bat, non supereroaletasuna lortu zuten -73 gradutan. «Hori sekulako jauzia izan zen. Ordura arte esperimentuetan ez zuten frogatu supereroaletasuna posible zenik hidrogenoan aberatsak diren konposatuetan, presiopean».

Konposatu hura hidrogeno sulfuroa zen, H2S. Alemaniako Max Planck Kimikako Institutuko talde batek lortu zuen. «Teoria asko zeuden, kalkulu asko zeuden, baina esperimentu bat egon arte, ez dakizu». Hiru urte geroago, 2018an, talde berak hidrogeno eta lantano konposatu baten supereroaletasuna frogatu zuen, -13ko tenperaturan.

Supereroaletasuna da korronte elektrikoa inolako erresistentziarik eta energia galerarik gabe garraiatzea. Korrontearen elektroien eta kablearen edo geruzaren atomoen arteko talkarik ez dago, ez da energiarik galtzen eta ez da berorik sortzen. Tenperatura oso hotzetan, elektroiek bikoteak osatzen dituzte, kondentsatu egiten dira, eta oztoporik gabe mugitzen dira.

Gaur egun, ekoizten den argindarraren %10 inguru galtzen da erabiltzaileengana iristeko bidean. Erreportaje hau egiteko erabilitako sakelako telefonoak eta ordenagailuak hozteko sistemak dituzte, haiek erabiltzeko elektroien joan-etorriak erresistentziak topatzen dituelako zirkuituetan, eta energia galtzen dutelako, beroa kanporatuz.

Supereroaletasuna zertarako? Gaur egun erabiltzen dira material supereroaleak: erresonantzia magnetikoko makinetan, esaterako; partikulen azeleragailuetan ere bai; aerosorgailu batzuetan; lebitazio magnetikoa baliatzen duten trenetan... Hotza baliatzen dute materialen supereroaletasuna lortzeko. Mantentze kostu handiak dituzte.

Diamantezko ingudeak

Material berri hori lortzeko eta supereroalea dela frogatzeko, diamantezko ingudeak erabili dituzte. Punta zorrotzeko bi diamante bata bestearen aurrez aurre, eta haien erdian, hidrogeno, sufre eta karbono nahasketa bat. Diamanteak, material gogorrenak direlako. Baita gardenak ere, neurri batean zer gertatzen zen ikusteko moduan. Garestiak ere bai: ikerketan dozenaka diamante puskatu dituzte, eta diamante bikote bakoitzak 2.500 euro balio ditu. «Horixe da gure ikerketaren arazorik handiena, diamanteen aurrekontua», esan du Ranga Diasek.

Nahasketa laser izpiekin berotu zuten; erreakzio kimikoa eragin zuten, eta kristal bat sortu zen. Tenperatura jaitsi ahala, materiala supereroalea bihurtu zen. Zenbat eta presio handiagoa egin, materiala tenperatura altuagoetan zen supereroalea. Hamabost graduan lortu zuten arte.

Aintzat hartu behar da guztia neurri mikrometrikoetan egin zutela, mikra gutxi batzuetakoak: bai diamanteen punta, bai lagina. Milimetro baten milarena da mikra bat: «Lagina oso txikia da, bai, baina, ikuspegi atomikotik, bolumena duen material bat da fisikariontzat; mikrak atomo asko dira, hiru dimentsioko solido bat da», argitu du Erreak.

Sekulako presioan lortu dute giro tenperaturako material supereroale berria, baina presio horiek ez dira bideragarriak laborategietatik kanpo. Presio hori gabe, ez dago material berritzailerik. Hala ere, ikertzaile batzuek badute itxaropen bat: metaegonkortasuna. «Presio handietan egonkorrak diren material batzuk giro baldintzetan ere metaegonkorrak izatea», azaldu du Erreak.

Metaegonkortasuna

Diamanteak metaegonkorrak dira, esaterako. Presio altutan sortzen dira, baina, presioa kentzen zaienean, egonkorrak izaten jarraitzen dute, metaegonkorrak dira. «Ez dira desegiten, ez dira grafito bihurtzen», zehaztu du Erreak.

Erronka materialei eragin beharreko presioa jaistea litzateke. «Presio apalagoetan eta tenperatura altuetan izan daitezke supereroale?», galdetu du Erreak. «Horretarako lanean ari gara». Oso urrun dirudite giro tenperaturan eta presioan supereroaleak izango liratekeen materialek. «Sekulako iraultza litzateke, ez giro tenperaturan, baizik eta tenperatura altuan [zero azpiko tenperaturak, hala ere] eta giro presioan hidrogeno konposatu bat supereroalea izatea».

Erreak hidrogenoa aipatzen du, konbinazio guztietan erabiltzen baitute hidrogenoa. Rochesterreko Unibertsitatearen esperimentuaren berrikuntza izan da hirugarren elementu bat erabili dutela, hidrogenoaz gain beste bi baliatu dituztela. Kasu horretan, karbonoa eta sufrea. Izan ere, orain arteko proba guztiak bi elementurekin egin izan dituzte.

«Orain arte, asko aztertu dira elementu binarioak, hidrogenoa eta beste konposatu baten arteko konbinazioak», Errearen esanetan. Txinako ikerketa taldeak aipatu ditu: hidrogenoaren eta taula periodikoko ia elementu guztien konbinazioak aztertu dituztela dio, modu teorikoan, presio ezberdinetan egonkorrak izan daitezkeen elementuen bikoteak aurkitu ahal izateko. «Ia dena behatuta eta aztertuta dago teorikoki».

Hiru elementu, mila aukera

Baina orain hirugarren elementuen bidea urratzen hasi da. Eta horrek aukerak asko zabaltzen ditu: «Sor daitezkeen materialak asko konplika ditzakezu. Konbinazio posibleak asko handitu dira, izugarri. Hori da polita. Itxaropena eragiten du, taula periodikoko konbinazio gehiago baliatuz zerbait interesgarria topa daitekeelako presio apalagoetan».

Rochesterreko Unibertsitateko taldeak elementuen konbinazioan asmatu dute; artikuluan argi eta garbi erakutsi dute material hori supereroalea dela, baina ez dute ezagutzen. «Ez dakite zer dagoen lagin horretan». Haren egitura, atomoen antolaketa, konposizio kimikoa... Horiek jakin behar dituzte, eta ikertzen ari dira. Esperimentuak egiten ari dira X izpiekin. «Esperimentu horiek ez dira batere errazak».