Científicos descubrieron un supermaterial que demuestra una propiedad que se ha buscado por mucho tiempo: superconducción a temperatura ambiente.

Se acaba de lograr un nuevo hito importante en la búsqueda de la superconductividad. Por primera vez, los físicos han logrado el flujo sin resistencia de una corriente eléctrica a temperatura ambiente: unos 15 grados Celsius (59 grados Fahrenheit) positivamente suaves.

Esto ha roto el récord anterior de -23 grados Celsius (-9.4 grados Fahrenheit) y ha llevado la perspectiva de la superconductividad funcional un gran paso adelante.

Ranga Dias, físico de la University of Rochester, dijo en un comunicado de prensa:

“Debido a los límites de la baja temperatura, los materiales con propiedades tan extraordinarias no han transformado el mundo de la manera que muchos podrían haber imaginado .Sin embargo, nuestro descubrimiento romperá estas barreras y abrirá la puerta a muchas aplicaciones potenciales”.

Superconductividad

La superconductividad se descubrió por primera vez en 1911 y desde entonces se ha convertido en un objetivo fervientemente perseguido en la física de la materia condensada.

Consta de dos propiedades clave. La primera es la resistencia cero. Por lo general, el flujo de una corriente eléctrica encuentra algún grado de resistencia, un poco como la resistencia del aire empuja hacia atrás un objeto en movimiento, por ejemplo. Cuanto mayor es la conductividad de un material, menor resistencia eléctrica tiene y la corriente puede fluir con mayor libertad.

El segundo es algo llamado efecto Meissner, en el que se expulsan los campos magnéticos del material superconductor. Esto obliga a las líneas del campo magnético a desviarse alrededor del material. Si se coloca un pequeño imán permanente sobre un material superconductor, la fuerza repulsiva de estas líneas de campo magnético hará que levite.

Un supermaterial promete generar una revolución energética
Imán levitando sobre un material superconductor. Para experimentar los efectos de la superconductividad es necesario enfriar la muestra a muy bajas temperaturas. Crédito: Wikimedia Commons / Peter nussbaumer (CC BY-SA 3.0)

Las aplicaciones potenciales de la superconductividad podrían revolucionar nuestro mundo, desde el transporte de levitación magnética hasta la transferencia de datos y las redes eléctricas sin pérdidas. Pero hay un gran problema.

Los materiales superconductores generalmente solo se crean y mantienen a temperaturas extremadamente bajas, muy por debajo de las que se encuentran en la naturaleza. Mantener los materiales a estas temperaturas es difícil y costoso, lo que ha demostrado ser una barrera práctica para una implementación más amplia.

Recientemente, los físicos han tenido éxito en elevar la temperatura en elementos livianos, como el sulfuro de hidrógeno y el hidruro de lantano. El elemento común es el hidrógeno, el elemento más ligero de la naturaleza. Pero el hidrógeno como gas es un aislante; para convertirlo en superconductor, necesita metalizarse bajo inmensas presiones.

Dias dijo:

“Para tener un superconductor de alta temperatura, se necesitan enlaces más fuertes y elementos ligeros. Esos son los dos criterios muy básicos. El hidrógeno es el material más ligero y el enlace de hidrógeno es uno de los más fuertes. Se teoriza que el hidrógeno metálico sólido tiene una alta temperatura de Debye y un fuerte acoplamiento electrón-fonón que es necesario para la superconductividad a temperatura ambiente”.

Un supermaterial promete generar una revolución energética
El laboratorio de superconductividad. Crédito: Adam Fenster

Dado que el hidrógeno metálico puro solo se puede crear bajo una presión extrema, las condiciones adecuadas son extremadamente difíciles de lograr. Dos equipos han informado sobre el éxito en su creación en los últimos años.

En 2017, los físicos reportaron hidrógeno metálico a presiones entre 465 y 495 gigapascales y temperaturas de 5.5 Kelvin (-267.65 ° C; -449.77 ° F). En 2019, físicos reportaron hidrógeno metálico a presiones de 425 gigapascales y temperaturas de 80 Kelvin (-193 ° C; -316 ° F). Ninguno de ellos está cerca de la temperatura ambiente. Y, como referencia, la presión en el núcleo de la Tierra está entre 330 y 360 gigapascales.

La siguiente mejor opción es un metal rico en hidrógeno, como el sulfuro de hidrógeno y el hidruro de lantano utilizados en experimentos anteriores. Estos imitan las propiedades superconductoras del hidrógeno metálico puro a presiones mucho más bajas.

Supermaterial

Entonces, un equipo de físicos dirigido por Elliot Snider de la University of Rochester comenzó a experimentar. Primero, intentaron combinar el hidrógeno con itrio para crear superhidruro de itrio. Este material exhibió superconductividad a -11 grados Celsius (12 grados Fahrenheit) bajo 180 gigapascales de presión.

A continuación, Snider y su equipo intentaron combinar carbono, azufre e hidrógeno para crear hidruro de azufre carbonoso. Exprimieron una pequeña muestra en un yunque de diamante y midieron su superconductividad. Y lo lograron, a 270 gigapascales y 15 grados Celsius.

Obviamente, todavía está lejos de ser utilizable en las circunstancias cotidianas. Los tamaños de las muestras eran microscópicos, entre 25 y 35 micrones, y la presión a la que emergió la superconductividad todavía no era práctica.

Un supermaterial promete generar una revolución energética
Un imán flota sobre un superconductor enfriado con nitrógeno líquido. Crédito: J. Adam Fenster / Univ. Rochester

El siguiente paso en la investigación será intentar reducir la alta presión necesaria ajustando la composición química de la muestra. Si pueden obtener la mezcla correcta, los investigadores creen que un superconductor a temperatura ambiente y presión ambiental finalmente estará a nuestro alcance.

Ashkan Salamat de la University of Nevada, Las Vegas y coautor de la investigación, dijo en un comunicado:

“Con este tipo de tecnología, podemos llegar a ser una sociedad superconductora donde nunca más necesitarás cosas como baterías”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

Vía: sciencealert / bbc

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