Nueva esperanza para lograr superconductividad a temperatura ambiente
CIENCIAS EXACTAS: FÍSICA / ELECTRICIDAD.
Trenes cotidianos que se desplazan levitando, sistemas de almacenamiento de energía ultraeficientes y ordenadores cuánticos no más caros que los convencionales: estas son algunas de las muchas cosas que podrían lograrse si pidiéramos aprovechar al máximo y a un coste competitivo la superconductividad.
Sin embargo, existe un obstáculo importante: la mayoría de los superconductores solo funcionan a temperaturas extremadamente bajas, lo que hace que sus aplicaciones prácticas a gran escala resulten difíciles y costosas. Un modo de lograr superconductividad a temperatura ambiente es algo que se busca desde hace tiempo, sin resultados prometedores. Los hallazgos hechos en una investigación reciente dan ahora una nueva esperanza de alcanzar esa meta tan ansiada.
Maialen Ortego Larrazabal (izquierda) y Jiasen Niu con parte del equipamiento usado en su investigación. Foto: LMU, Facultad de Física.
La investigación la ha realizado un equipo encabezado por Jiasen Niu, de la Universidad Ludwig-Maximilian (LMU) de Múnich en Alemania, así como del Instituto de Física de Leiden, adscrito a la Universidad de Leiden en los Países Bajos; y Maialen Ortego Larrazabal, del Instituto Debye de Ciencia de los Nanomateriales, adscrito a la Universidad de Utrecht, en los Países Bajos.
El estudio aporta datos nuevos y reveladores sobre uno de los requisitos decisivos para lograr la superconductividad a temperatura ambiente.
Cuando encendemos una tostadora, la electricidad fluye a través de un hilo metálico. El hilo se calienta hasta ponerse incandescente, lo que tuesta el pan. Esto ocurre porque el hilo ofrece resistencia al paso de la corriente eléctrica, transformando la energía eléctrica en calor.
Eso es precisamente lo que se busca en una tostadora. Sin embargo, en muchas otras aplicaciones, la resistencia resulta indeseable. Por ejemplo, al recargar un teléfono, la resistencia provoca la pérdida de energía valiosa.
La superconductividad ofrece una solución a este problema. Se trata de un fenómeno físico en el que ciertos materiales conducen la electricidad sin resistencia alguna. ¿El inconveniente? La mayoría de los superconductores solo funcionan a temperaturas extremadamente bajas. En muchos casos, esto implica enfriarlos hasta unos 260 grados centígrados bajo cero mediante helio líquido, un proceso costoso y que requiere un gran consumo de energía.
La superconductividad fue descubierta en 1911. A mediados de la década de 1980, se produjo un avance importante: el descubrimiento de materiales que se vuelven superconductores a temperaturas considerablemente más altas (en torno a los 173 grados centígrados bajo cero), pero aún muy lejos de poder ser catalogadas dentro de la franja de la temperatura ambiente.
No obstante, surgió un problema: la teoría que explica la superconductividad convencional a baja temperatura no lograba dar cuenta de este nuevo tipo de superconductividad. Además, aún no está claro cómo funciona la superconductividad a estas temperaturas más elevadas, lo que dificulta avanzar en la dirección correcta y lograr progresos prácticos.
La nueva investigación ha ayudado a Niu y a sus colegas a desentrañar parte de este misterio. Sus hallazgos aportan una nueva perspectiva sobre el funcionamiento de la superconductividad a temperaturas no tan bajas y plantean una posible vía hacia la superconductividad a temperatura ambiente.
“Es una noticia excelente”, afirma Ingmar Swart, de la Universidad de Utrecht y miembro del equipo de investigación. “Hemos demostrado que una de las dos condiciones clave para la superconductividad puede cumplirse a temperatura ambiente.
Las dos condiciones fundamentales para la superconductividad son la formación de pares de electrones (conocidos como pares de Cooper) y la capacidad de estos pares para moverse de forma sincronizada (una propiedad denominada coherencia de fase).
En los superconductores convencionales, que operan a muy bajas temperaturas, el emparejamiento de electrones y esta coordinación colectiva ocurren simultáneamente. La nueva investigación revela que esto no sucede así en los superconductores de temperatura más alta. En estos materiales, los electrones pueden formar pares a temperaturas muy superiores a aquella en la que surge la superconductividad clásica.
En los superconductores de temperatura más alta, el “pegamento” que mantiene unidos a los pares es lo suficientemente fuerte como para conservarlos así incluso a temperatura ambiente. Esto sugiere que el segundo elemento clave, la coherencia de fase, constituye el factor limitante. Adquiriendo un conocimiento lo bastante bueno de la coherencia de fase, es muy posible que se descubra un modo de lograr superconductividad a temperatura ambiente.
El estudio se titula “Equivalence of pseudogap and pairing energy in a cuprate high-temperature superconductor”. Y se ha publicado en la revista académica Science.
Por: Redacción.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings