Superconductividad: qué es, cómo funciona y sus principales usos tecnológicos

Aunque la superconductividad puede parecer un tema muy complejo, solo para físicos y científicos, en realidad no es tan complicado. Pensemos en un material por donde la electricidad circula sin perder energía, sin calentarse y sin resistencia. La corriente seguiría fluyendo de una forma natural, sin necesidad de más energía. Es eso lo que sucede con los materiales superconductores.

El concepto de superconductividad no es nuevo, hace muchos años que se descubrió, aunque sus usos hoy son frecuentes en muchos ámbitos, medios de transporte, trenes, tecnología sanitaria, etc.

Qué significa realmente “superconductividad”

Empecemos por lo básico. En cualquier cable eléctrico normal siempre hay algo llamado resistencia eléctrica. Un poco de la energía se transforma en calor, y se pierde. Pero en un superconductor pasa algo muy diferente. Cuando ciertos materiales se enfrían lo suficiente, entran en un estado especial donde la resistencia eléctrica desaparece por completo.

Por tanto, la electricidad es posible que pase por el material que se analiza sin perder energía, y sin tener por tanto que añadir más energía. Ese es el concepto clave de la superconductividad.

El primer científico

Se puede afirmar que el concepto superconductividad comenzó en el año 1911 de la mano del físico Heike Kamerlingh Onnes, estudiando los metales y cómo se enfrían. Probó con el mercurio, lo enfrió hasta unos 4 Kelvin, esto casi es el cero absoluto. Para que te hagas una idea, eso equivale a unos -269 grados Celsius.

Cuando midió la resistencia eléctrica del mercurio pasó algo inesperado: desapareció totalmente. No fue un cambio gradual, sino que la resistencia cayó a cero de golpe.

Ese fue el primer descubrimiento de la superconductividad. Muchos años después se pensó que este fenómeno solo pasaba en unos pocos metales y temperaturas muy bajas, pero con el tiempo encontraron más materiales con esta propiedad.

Qué pasa dentro de un superconductor

Sabemos que la electricidad se basa en el movimiento de electrones, y que se mueven poco en materiales normales. A temperaturas muy bajas, los electrones empiezan a comportarse diferente y forman parejas llamadas pares de Cooper.

En vez de moverse por separado, los electrones se juntan y se desplazan como si fueran una sola partícula. Gracias a eso, pueden moverse por el material sin chocar con los átomos ni dispersarse. Con ello, la electricidad fluye sin ninguna resistencia.

El efecto Meissner y la levitación

Además de conducir electricidad sin resistencia, los superconductores tienen otra propiedad increíble. Cuando se vuelven superconductores, expulsan los campos magnéticos de su interior.

Esto se llama efecto Meissner y da lugar a cosas sorprendentes. Si colocamos un imán sobre un superconductor que está bien frío, el campo magnético no puede entrar en el material. Como resultado, el imán puede quedarse suspendido en el aire.

Tipos de superconductores

Con el tiempo se han descubierto distintos tipos de superconductores. Los más simples se llaman superconductores tipo I. Suelen ser metales puros como el plomo o el aluminio. Funcionan bien, pero tienen un límite importante: solo soportan campos magnéticos débiles. Por eso no se usan mucho en tecnología.

Luego están los superconductores tipo II, que son más útiles en la práctica. Pueden aguantar campos magnéticos mucho más fuertes y son más estables para aplicaciones industriales. Muchos dispositivos modernos usan este tipo.

El gran avance: superconductores de alta temperatura

Durante mucho tiempo, el principal problema de la superconductividad fue la temperatura. La mayoría solo funciona cerca del cero absoluto, lo que significa usar helio líquido para enfriar, algo caro y complicado.

¿Qué ocurrió en 1986? Que los científicos Bednorz y Müler descubrieron nuevos materiales, asociados a la cerámica, que pueden conducir electricidad a temperaturas altas. Este importante hallazgo fue una auténtica revolución en ese momento.

La superconductividad en la actualidad

Un ejemplo muy conocido es la resonancia magnética en medicina, sonde se usan imanes con conductividad para la creación de campos magnéticos que por ejemplo pueden enseñarnos imágenes del cuerpo humano en su interior. Sin superconductores, estos equipos serán mucho menos eficientes.

Trenes que flotan

Otro uso interesante está en los trenes de levitación magnética o trenes Maglev. En estos trenes, no hay contacto con las vías. En vez de ruedas, usan campos magnéticos que los mantienen flotando en el aire. Al no haber apenas fricción, los vehículos en las vías pueden llegar a temperaturas de vértigo, superando los 600 kilómetros a la hora.

Computación cuántica

La superconductividad es muy importante en la computación cuántica. Muchos ordenadores cuánticos utilizan circuitos superconductores para crear qubits, que son las unidades básicas de información cuántica. Estos sistemas pueden hacer ciertos cálculos mucho más rápidos que los ordenadores normales. Aunque esta tecnología todavía está en desarrollo, podría cambiar áreas como la inteligencia artificial, la criptografía y la simulación de materiales.

Sin embargo, hay algunos problemas que siguen presentes. El principal es la temperatura. Aunque existen superconductores que funcionan a temperaturas más altas, la mayoría todavía necesita estar muy fría para funcionar bien. Mantener esas bajas temperaturas requiere equipos de refrigeración complicados.

Lecturas recomendadas

Superconductividad

Física de la superconductividad