Superconductores a temperatura ambiente: el santo grial de la física

El mundo afronta graves problemas energéticos y la búsqueda de soluciones no cesa. En el horizonte hay una opción que despierta mucha expectativa: los superconductores a temperatura ambiente. Esta alternativa tiene el potencial para cambiar radicalmente el panorama.

La superconductividad es un fenómeno que hasta ahora solo se ha observado a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto. La audaz apuesta actual es lograr que tenga lugar en condiciones normales, es decir, a temperatura y presión ambiente. ¿Será posible?

Superconductores a temperatura ambiente

La superconductividad fue descubierta en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes. Es la capacidad que tienen ciertos materiales para conducir electricidad sin resistencia y para expulsar completamente los campos magnéticos de su interior. Este efecto es conocido como “Meissner”.

Los primeros superconductores, como el mercurio, solo funcionaban a temperaturas cercanas a los 4 Kelvin (-269°C). Este hacía que su uso práctico fuera muy costoso y complejo.

Con el tiempo, se descubrieron materiales cerámicos que alcanzaban la superconductividad a temperaturas de alrededor de los 138 Kelvin (-135°C). Fue un gran avance, pero seguía siendo insuficiente para aplicaciones cotidianas.

Romper la barrera de la temperatura se ha convertido en el objetivo principal de muchos investigadores. La búsqueda se centra en los materiales con estructuras atómicas que permitan la superconductividad en condiciones más normales.

Avances y retrocesos

En 2015, un equipo de investigadores alemanes reportó superconductividad en sulfuro de hidrógeno a -70°C. Esto fue un récord para esa época. Sin embargo, este material requería una presión equivalente a 1,5 millones de atmósferas. Por lo tanto, no era práctico para aplicaciones reales.

En 2023 aparecieron dos opciones particularmente interesantes. Por un lado, un grupo de investigadores afirmó haber logrado la superconductividad a una temperatura cercana a los 20°C con el hidruro de lutecio. Nuevamente, debieron emplear presiones extremas.

Por otro lado, se anunció la aparición de un material coreano llamado “LK-99”.  Esto generó un gran revuelo, ya que se aseguraba que presentaba superconductividad a temperatura y presión ambiente. Sin embargo, al intentar replicar el fenómeno en otros laboratorios no se logró la confirmación de estos resultados.

Por todo lo anterior, los superconductores a temperatura ambiente siguen siendo una opción teórica.

Los obstáculos

Uno de los grandes problemas es la necesidad de emplear altas presiones para mantener la superconductividad en los materiales más prometedores. El tema de la temperatura se ha ido solucionando con los años, pero la mayoría de estos materiales solo muestran superconductividad cuando son sometidos a presiones comparables a las que existen en el centro de la Tierra.

Otro gran obstáculo es la estabilidad de los materiales. Muchos de estos compuestos son extremadamente frágiles. Se degradan con mucha rapidez en condiciones ambientales o son difíciles de sintetizar en cantidades significativas.

Así mismo, la reproducibilidad es un problema fundamental. En la ciencia, un descubrimiento solo se considera válido cuando puede ser replicado independientemente por múltiples grupos de investigación. En este aspecto, varios equipos científicos han fallado.

Beneficios de la superconductividad

Si algún día se logra desarrollar un material que sea superconductor a temperatura y presión ambiente, las implicaciones serían enormes. En el campo energético habría redes de transmisión eléctrica que no pierden energía por resistencia. Esto representaría un ahorro de billones de dólares a nivel global y una reducción significativa en las emisiones de gases de efecto invernadero.

En el campo del transporte, la levitación magnética se volvería económicamente viable a gran escala. Las ciudades contarían con sistemas de transporte público que flotan sobre vías magnéticas, sin fricción y con un consumo energético mínimo.

También habría dispositivos electrónicos que operan a velocidades inimaginables. Así mismo, la computación cuántica sería más accesible y estable. Por su parte, los escáneres de resonancia magnética en medicina se volverían más pequeños, eficientes y económicos.

Los investigadores están probando diversas alternativas. Estas van desde el estudio de los hidruros metálicos hasta el desarrollo de teorías alternativas para explicar (y predecir) nuevos tipos de superconductividad.

Computación cuántica

La computación cuántica tiene el potencial de resolver problemas complejos que son intratables con las computadoras clásicas. Los superconductores son fundamentales en la construcción de qubits, los bloques básicos de la computación cuántica. La disponibilidad de superconductores a temperatura ambiente podría acelerar significativamente el desarrollo de esta tecnología.

Desafíos y el futuro de la investigación

A pesar de los avances significativos, la investigación en superconductores a temperatura ambiente enfrenta varios desafíos. La comprensión de las interacciones complejas entre electrones en estos materiales es fundamental para el desarrollo de nuevos compuestos. La ciencia de materiales juega un papel fundamental en la creación de nuevas estructuras que puedan exhibir superconductividad sin la necesidad de condiciones extremas.

Los científicos de todo el mundo continúan explorando enfoques innovadores, desde el uso de técnicas de inteligencia artificial para predecir propiedades de nuevos materiales hasta la combinación de diferentes elementos en busca de nuevas aleaciones. La colaboración interdisciplinaria es esencial para avanzar en este campo fascinante.

Lecturas recomendadas

Superconductividad a temperatura ambiente

Física de la superconductividad