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Superconductividad descubierta en meteoritos: podría ser superconductora en entornos extraterrestres

Mundrabilla Meteorite

Meteorito de Mundrabilla

Representación artística de una pieza del meteorito Mundrabilla sobre una nebulosa protoplanetaria; Mundrabilla sobre Galaxy 4. Imagen cortesía de James Wampler, UC San Diego (Destello de lente de: shutr.bz/3bpa4LV; Disco galáctico de L. Calcada / ESO: bit.ly/2Uv6vNt bit.ly/2QGjzyC; Chunk of Mundrabilla, imagen por James Wampler)

Los científicos del Laboratorio de UC San Diego y Brookhaven en Nueva York buscaron materiales superconductores donde los investigadores han tenido poca suerte antes. Con la mira puesta en una población diversa de meteoritos, investigaron las 15 piezas de cometas y asteroides para encontrar "Mundrabilla" y "GRA 95205", dos meteoritos con granos superconductores.

Si bien los meteoritos, debido a sus orígenes extremos en el espacio, presentan a los investigadores una amplia variedad de fases materiales de los estados más antiguos del sistema solar, también presentan desafíos de detección debido a la mensurabilidad potencialmente diminuta de las fases. El equipo de investigación superó este desafío utilizando una técnica de medición ultrasensible llamada espectroscopía de microondas modulada por campo magnético (MFMMS). Los detalles de su trabajo se publican en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

En su artículo, los investigadores Mark Thiemens, Ivan Schuller y James Wampler de UC San Diego, junto con Shaobo Cheng y Yimei Zhu de Brookhaven Lab, caracterizan las fases de los meteoritos como aleaciones de plomo, estaño e indio (el metal no alcalino más blando). Dicen que sus hallazgos podrían afectar la comprensión de varios entornos astronómicos, señalando que las partículas superconductoras en entornos fríos podrían afectar la formación de planetas, la forma y el origen de los campos magnéticos, los efectos de dinamo, el movimiento de partículas cargadas y más.

Pieza de meteorito de Mundrabilla

Se encontraron granos superconductores en esta pieza del meteorito Mundrabilla, la primera identificación de granos superconductores extraterrestres. Crédito: Imagen cortesía de James Wampler.

"Los materiales superconductores de origen natural son inusuales, pero son particularmente significativos porque estos materiales podrían ser superconductores en entornos extraterrestres", dijo Wampler, un investigador postdoctoral en el Grupo de Nanociencia Schuller y el primer autor del artículo.

Schuller, un distinguido profesor en el Departamento de Física con experiencia en superconductividad y computación neuromórfica, guió las técnicas metodológicas del estudio. Después de mitigar el desafío de detección con MFMMS, los investigadores subdividieron y midieron muestras individuales, lo que les permitió aislar los granos que contienen la mayor fracción de superconductividad. A continuación, el equipo caracterizó los granos con una serie de técnicas científicas que incluyen magnetometría de muestra vibratoria (VSM), espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX) y métodos numéricos.

"Estas mediciones y análisis identificaron las fases probables como aleaciones de plomo, indio y estaño", dijo Wampler.

Según Thiemens, un distinguido profesor de química y bioquímica, los meteoritos con condiciones extremas de formación son ideales para observar especies químicas exóticas, como los superconductores, materiales que conducen electricidad o transportan electrones sin resistencia. Sin embargo, señaló la singularidad de los materiales superconductores que se producen en estos planetas extraterrestres (menores).

“Mi parte del proyecto fue determinar cuál de las decenas de miles de meteoritos de muchas clases era un buen candidato y discutir la relevancia para los procesos planetarios; uno del núcleo de hierro y níquel de un planeta, el otro de la parte más superficial que ha sido fuertemente bombardeada y fue uno de los primeros meteoritos donde se observaron diamantes ", dijo Thiemens.

Superconductividad del meteorito de Mundrabilla

Los datos de MFMMS muestran superconductividad en granos de meteoritos de Mundrabilla a 5K. Crédito: Imagen cortesía de James Wampler.

Según el químico cosmológico, que tiene un meteorito que lleva su nombre, el asteroide 7004Markthiemens, Mundrabilla es un meteorito rico en sulfuro de hierro de una clase formada después de fundirse en núcleos asteroides y enfriarse muy lentamente. GRA 95205, por otro lado, es un meteorito de ureilita, una rara pieza pedregosa con una composición mineral única, que sufrió fuertes conmociones durante su formación.

Según Schuller, la superconductividad en muestras naturales es extremadamente inusual.

“Los materiales recolectados naturalmente no son materiales de fase pura. Incluso el mineral superconductor más simple, el plomo, rara vez se encuentra en su forma nativa ”, explicó Schuller.

Los investigadores acordaron que sabían de un solo informe previo de superconductividad natural, en la calavera mineral; sin embargo, debido a que las fases superconductoras que informan en el artículo PNAS existen en dos meteoritos diferentes, es probable que exista en otros meteoritos.

Referencia: "Superconductividad encontrada en meteoritos" por James Wampler, Mark Thiemens, Shaobo Cheng, Yimei Zhu e Ivan K. Schuller, 23 de marzo de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.DOI: 10.1073 / pnas.1918056117

Este estudio fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (subvención FA9550-14-1-0202); y los Asociados de Cancilleres de UC San Diego. El trabajo de microscopía electrónica de transmisión en BNL fue apoyado por el Departamento de Energía de los EE. UU., Oficina de Ciencia de Energía Básica, División de Ciencia e Ingeniería de Materiales (contrato no. DE-SC0012704).