Trabajan en lograr superconductividad en diamantes dopados con boro

El diamante es un material de gran interés tecnológico y científico debido a sus excelentes propiedades físicas, químicas y estructurales.

Entre otras, el cristal de diamante es el sólido natural más duro, retiene sus propiedades sólidas hasta temperaturas extremadamente altas y combina un excelente aislamiento eléctrico con la conductividad térmica más alta conocida.

Más recientemente, se descubrió que el diamante dopado con boro puede presentar superconductividad a bajas temperaturas, aunque se ha venido arrastrando un gran desconocimiento sobre los detalles del fenómeno.

Ahora, unos investigadores del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)), en España todas estas instituciones, han estudiado los efectos de la irradiación con iones de boro en diamantes y su recuperación térmica, con el objetivo de explorar la posibilidad de obtener estructuras superconductoras.

En el estudio se analizó el daño severo infligido a los cristales de diamante cuando son irradiados con iones acelerados hasta energías de 9 millones de electronvoltios (MeV), y su posterior recuperación al calentar los diamantes a 1000 grados centígrados.

Rafael J. Jiménez Riobóo del ICMM, Andrés Redondo-Cubero del CMAM y sus colegas utilizaron cristales de diamante de alta pureza, irradiándolos con iones de boro en el acelerador del CMAM.

Posteriormente, estudiaron las consecuencias a nivel microscópico mediante mapas locales de espectroscopía Raman a escala micrométrica en el ICMM.

Aunque la superconductividad no se alcanzó en las muestras de diamante dopadas con boro en este estudio, los hallazgos proporcionan información valiosa sobre el comportamiento de los diamantes irradiados con iones de boro y sus posibles aplicaciones en la ciencia de materiales.

Las futuras investigaciones en este campo podrían abrir nuevas vías para el desarrollo de materiales avanzados y dispositivos electrónicos con propiedades únicas y aplicaciones innovadoras.

Los investigadores utilizaron el acelerador para fabricar microestructuras de diamante con boro implantado, dirigiendo selectivamente un microhaz de iones de boro con suficiente energía para penetrar en la muestra de diamante.

Luego, estudiaron estas áreas irradiadas mediante mapas bidimensionales de espectroscopía Raman y fotoluminiscencia en el ICMM.

Así, encontraron que, a medida que aumenta la fluencia de boro, el carbono migra a sitios intersticiales fuera de la ruta de implantación y la fracción de carbono amorfo aumenta dentro de la ruta de irradiación.

Para fluencias bajas, el recocido a 1000 grados centígrados es capaz de recuperar completamente la estructura del diamante sin grafitización, mientras que para fluencias más altas, la recuperación es importante, pero queda algún desorden.

Para fluencias muy altas, el recocido a 1200 grados es perjudicial para la red de diamante y aparecen trazas de grafitización.

Los investigadores midieron la resistencia eléctrica de una selección de las irradiaciones más representativas en el Laboratorio de Bajas Temperaturas de la UAM.

En ningún caso observaron la transición superconductora, al menos enfriando hasta aproximadamente 271 grados centígrados bajo cero.

Sin embargo, las muestras tratadas a 1000 grados presentaban una clara mejora en su conductividad eléctrica, pero esta empeoraba órdenes de magnitud tras el posterior recocido a 1200 grados.

La investigación concluye que una curación incompleta de la red cristalina del diamante y la ubicación intersticial del boro podrían explicar por qué las muestras dopadas de manera óptima no presentan superconductividad.

Fuente: Carbon