El sueño de la superconductividad a temperatura ambiente
Por: Mariana Ríos Naranjo
Profesora de la Facultad de Matemáticas e Ingenierías.
¿Sabías que uno de los mayores problemas que afronta la humanidad en materia de energía eléctrica es la pérdida de energía que se presenta en los sistemas de distribución, almacenamiento y uso? Por ese motivo, el estudio de la superconductividad ha impulsado numerosos proyectos de investigación a nivel mundial.
El 2020, sin lugar a dudas, fue un año que irrumpió de manera radical en nuestra vida cotidiana y no solo a causa de la pandemia, sino también porque nos permitió acercarnos a uno de los sueños de la física: la superconductividad de alta temperatura crítica. Un grupo de físicos publicó en octubre del año pasado su descubrimiento: fabricaron un material basado en hidrógeno, carbono y azufre, que se comportó como un superconductor a temperaturas cercanas a los 15 grados Celsius [1], algo nunca observado experimentalmente.
Antes de comentar ciertos aspectos de dicho descubrimiento, mencionemos de manera general en qué consiste el comportamiento físico de la superconductividad de alta temperatura crítica. A muy bajas temperaturas algunos materiales cambian dramáticamente sus propiedades eléctricas y magnéticas, entre otras. Su resistencia eléctrica se hace cero y la conducción de los portadores de carga (electrones) se da sin pérdidas de energía por efectos de vibraciones o colisiones. Además, en estos regímenes de temperatura no solo se modifica el comportamiento eléctrico, sino también el comportamiento magnético, dando origen a otro fenómeno conocido como Efecto Meissner que es usado aplicaciones como la levitación magnética.
En la imagen se muestran algunos de los conceptos claves para entender el fenómeno de la superconductividad, invitamos al lector para que profundice en ellos y, de ese modo, se deje maravillar por la física de los fenómenos altamente correlacionados y la teoría de las transiciones de fase en los materiales.
Imagen 1. Hitos de la Superconductividad [2].
Aunque el resultado del año pasado abre nuevos horizontes en este camino de investigación, el problema implícito en este descubrimiento es que las presiones de trabajo a las cuales se sometió el compuesto fabricado son tan altas (140 a 275 GPa [1]), que son inviables desde el punto de vista de las aplicaciones en el mundo cotidiano.
El reto ahora no está solamente en fabricar materiales superconductores de alta temperatura crítica, pues la temperatura ambiente es “enemiga” de la superconductividad y, por esto, encontrar materiales que exhiban el fenómeno a alta temperatura es tan difícil y ha costado décadas llegar a un resultado como el mencionado al inicio de este texto. Ahora se suma el reto de las presiones de trabajo, pues las aplicaciones potenciales de dicho fenómeno deben ser posibles en rangos de temperaturas normales, los investigadores en este campo consideran que otras mezclas con hidrógeno puedan resolver el problema de la presión.
Aún este sueño de la física no puede llevarse a aplicaciones cotidianas, pero lograr este resultado es un hito de nuestro siglo y nos muestra cómo el trabajo constante y permanente por entender los fenómenos físicos, modelarlos, experimentarlos y describirlos siguen siendo el motor que nos impulsa cada vez a tener cierta comprensión de la naturaleza y trabajar con ella.
[1] Snider, E., Dasenbrock-Gammon, N., McBride, R. et al. Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature 586, 373–377 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z
[2] Instituto de Ciencia de materiales de Madrid CSIC. Superconductividad ICMM-CSIC [online]. fecha de consulta 14 mayo de 2021. Disponible https://wp.icmm.csic.es/superconductividad/
