La extraña conducta del osmio a enorme presión

El osmio es uno de los elementos químicos más excepcionales. Es el que tiene, a presión ambiente, la mayor densidad conocida y una de las energías cohesivas y una de las temperaturas de fusión más altas. Una investigación ha permitido comprobar que sus características inusuales abarcan también su comportamiento a muy alta presión.

Ya se sabe que las propiedades de los materiales cambian a alta presión. A medida que esta aumenta, la distancia entre los átomos disminuye, y los electrones exteriores, los electrones de valencia altamente móviles, interactúan entre sí. Son también los electrones de valencia los que determinan propiedades importantes del material. Por ejemplo, sometido a alta presión, el sodio, que en condiciones cotidianas es un metal blanco eléctricamente conductor, se convierte en un aislante transparente; y en la misma situación, el oxígeno, que en nuestro entorno cotidiano es un gas, se solidifica y conduce la electricidad, pudiendo incluso convertirse en superconductor.

Pero si bien los electrones de valencia son muy móviles, los electrones internos continúan moviéndose de forma estable alrededor de sus núcleos atómicos.

La presión más alta alcanzada en laboratorio para experimentos como el realizado era de 4 millones de atmósferas o 400 GPa (gigapascales), que es más o menos la presión existente en el centro de la Tierra. Pero gracias a un método recién desarrollado, el equipo internacional de Igor Abrikosov y Marcus Ekholm, de la Universidad de Linköping en Suecia, ha conseguido alcanzar una presión que es dos veces la del núcleo terrestre, y 7,7 millones de veces más alta que la que existe en la superficie de la Tierra. Con gran precisión, estos científicos han conseguido medir tanto la temperatura como las posiciones relativas de los átomos en un pequeño pedazo cristalino de osmio. El osmio es casi tan difícil de comprimir como el diamante.

Comprimiendo el osmio hasta esta elevada presión, los investigadores encontraron una anomalía inesperada en la relación entre las distancias interatómicas.

La alta presión no supuso ningún cambio notable en los electrones de valencia, lo que sorprendió a los investigadores, tal como confiesa Abrikosov. “Esto nos ha llevado a replantearnos cosas y a volver a trabajar en teorías”, explica Abrikosov.

Cálculos avanzados mediante supercomputador, en el Centro Nacional de Supercomputadores, en Linköping, revelaron posteriormente cómo empiezan a interactuar entre sí los electrones más interiores como resultado de la presión extrema.

“La interacción entre los electrones internos no había sido observada previamente, y el fenómeno implica que podemos empezar a buscar estados totalmente nuevos de la materia”, razona Abrikosov.

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