Diboruro de magnesio

Utilizando la teoría BCS y las brechas de energía conocidas de las bandas pi y sigma de los electrones (2,2 y 7,1 meV, respectivamente), se ha encontrado que las bandas pi y sigma de los electrones tienen dos longitudes de coherencia diferentes (51  nm y 13  nm, respectivamente). ^{[ 3 ]} Las profundidades de penetración de London correspondientes son 33,6  nm y 47,8  nm. Esto implica que los parámetros de Ginzburg-Landau son 0,66±0,02 y 3,68, respectivamente. El primero es menor que 1/ √ 2 y el segundo es mayor, por lo tanto, el primero parece indicar superconductividad marginal de tipo I y el segundo superconductividad de tipo II.

Se ha predicho que cuando dos bandas diferentes de electrones producen dos cuasipartículas, una de las cuales tiene una longitud de coherencia que indicaría superconductividad de tipo I y la otra de tipo II, entonces, en ciertos casos, los vórtices se atraen a grandes distancias y se repelen a cortas distancias. ^{[ 4 ]} En particular, la energía potencial entre vórtices se minimiza a una distancia crítica. Como consecuencia, se conjetura una nueva fase llamada estado semi-Meissner , en la que los vórtices están separados por la distancia crítica. Cuando el flujo aplicado es demasiado pequeño para que todo el superconductor se llene con una red de vórtices separados por la distancia crítica, entonces hay grandes regiones de superconductividad de tipo I, un estado Meissner, que separan estos dominios.

Recientemente se ha obtenido confirmación experimental de esta conjetura mediante experimentos con MgB₂ _a 4,2 Kelvin. Los autores hallaron que, efectivamente, existen regímenes con una densidad de vórtices mucho mayor. Mientras que la variación típica en el espaciado entre vórtices de Abrikosov en un superconductor de tipo II es del orden del 1 %, ellos observaron una variación del orden del 50 %, en consonancia con la idea de que los vórtices se agrupan en dominios donde pueden estar separados por la distancia crítica. Para este estado se acuñó el término superconductividad de tipo 1,5 .

Diversos métodos de dopaje de MgB ₂ con carbono (por ejemplo, utilizando ácido málico al 10% ) pueden mejorar el campo crítico superior y la densidad de corriente máxima ^{[ 10 ] [ 11 ]} (también con acetato de polivinilo ^{[ 12 ]} ).

El dopaje con carbono al 5% puede aumentar Hc2 _de 16 a 36 T, mientras que Tc solo disminuye de 39 K a 34 K. La corriente crítica máxima (Jc ₎ se reduce _, pero el dopaje con TiB2 _puede mitigar esta disminución. ^{[ 13 ]} (El dopaje de MgB2 _con Ti está patentado. ^{[ 14 ]} )

La corriente crítica máxima ( Jc ) en campo magnético se incrementa enormemente (aproximadamente el doble a 4,2 K) mediante el dopaje _{con ZrB2} . ^{[ 15 ]}

Incluso pequeñas cantidades de dopaje hacen que ambas bandas entren en el régimen de tipo II, por lo que no cabe esperar un estado semi-Meissner.

Las propiedades superconductoras y el bajo costo hacen que el diboruro de magnesio sea atractivo para una variedad de aplicaciones. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Para esas aplicaciones, el polvo de MgB ₂ se comprime con plata metálica (o acero inoxidable 316) en alambre y a veces cinta mediante el proceso de polvo en tubo .

En 2006 se construyó un sistema de resonancia magnética abierta con imán superconductor  de 0,5 teslas utilizando 18 km de cables de MgB₂ _{. Esta resonancia magnética utilizaba un} criorefrigerador de circuito cerrado , sin necesidad de líquidos criogénicos suministrados externamente para la refrigeración. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

"...los instrumentos de resonancia magnética de próxima generación deben estar hechos de bobinas de MgB₂ en lugar de _bobinas de NbTi , operando en el rango de 20 a 25 K sin helio líquido para refrigeración. ... Además de las aplicaciones magnéticas, los conductores de MgB₂ _tienen usos potenciales en transformadores superconductores, rotores y cables de transmisión a temperaturas de alrededor de 25 K, en campos de 1 T." ^{[ 19 ]}

Un proyecto del CERN para fabricar cables de MgB₂ _ha dado como resultado cables de prueba superconductores capaces de transportar 20.000 amperios para aplicaciones de distribución de corriente extremadamente alta, como la mejora de alta luminosidad del Gran Colisionador de Hadrones . ^{[ 22 ]}

El diseño del tokamak IGNITOR se basó en MgB₂ _para sus bobinas poloidales. ^{[ 23 ]}

Se pueden utilizar recubrimientos delgados en cavidades de radiofrecuencia superconductoras para minimizar la pérdida de energía y reducir la ineficiencia de las cavidades de niobio refrigeradas con helio líquido.

Debido al bajo coste de sus elementos constituyentes, el MgB₂ _resulta prometedor para su uso en imanes superconductores de campo bajo a medio, motores y generadores eléctricos, limitadores de corriente de fallo y conductores de corriente.

A diferencia del boro elemental, cuya combustión es incompleta debido a la formación de una capa de óxido vítreo que impide la difusión del oxígeno, el diboruro de magnesio arde completamente cuando se enciende en oxígeno o en mezclas con oxidantes. ^{[ 24 ]} Por lo tanto, se ha propuesto el boruro de magnesio como combustible en estatorreactores . ^{[ 25 ]} Además, se ha propuesto el uso de MgB ₂ en explosivos mejorados por explosión ^{[ 26 ]} y propelentes por las mismas razones. Las bengalas señuelo que contienen diboruro de magnesio/ Teflón / Viton muestran una eficiencia espectral, E _λ (J g ⁻¹ sr ⁻¹ ), aumentada entre un 30 y un 60 % en comparación con las cargas útiles clásicas de magnesio/teflón/Viton (MTV). ^{[ 27 ]} También se ha investigado una aplicación del diboruro de magnesio a la propulsión de cohetes híbridos, mezclando el compuesto en granos de combustible de cera de parafina para mejorar las propiedades mecánicas y las características de combustión. ^{[ 28 ]}