La superconductividad fue descubierta hace más de un siglo, pero solo se manifestaba a temperaturas extremadamente bajas, lo que restringía su aplicabilidad práctica. Al calentarse, estos materiales se convierten en conductores que permiten el paso de electricidad sin pérdidas de energía durante el proceso, lo que supone un cambio radical en este campo y en todos los relacionados. En la década de 1960, los científicos comenzaron a teorizar sobre la posibilidad de alcanzar la superconductividad a temperaturas más altas.
La importancia de esta tecnología radica en su capacidad para permitir el flujo eléctrico sin resistencia, lo que significa que la energía podría ser conducida de manera infinita y sin pérdidas de potencia. Esto podría revolucionar el almacenamiento y la transmisión de energía, con aplicaciones que abarcan desde baterías hasta sistemas de propulsión eléctrica, incrementando la eficiencia energética, mejorando la autonomía y reduciendo los tiempos de recarga, todo a costos mucho más bajos.
Eliminando el hándicap de los superconductores
Una característica crucial para la superconductividad, conocida como el emparejamiento de electrones, ocurre a temperaturas mucho más altas y en un material inesperado: un aislante antiferromagnético. El equipo de investigación, compuesto por científicos del SLAC National Accelerator Laboratory, la Universidad de Stanford y otras instituciones, publicó sus resultados en la revista Science.
Aunque este material no alcanzó una resistencia cero en su conductividad, este hallazgo sugiere que los investigadores podrían desarrollar materiales similares para crear superconductores que funcionen a temperaturas más altas.
Según Ke-Jun Xu, estudiante de posgrado en física aplicada de Stanford y coautor del estudio, los electrones muestran un potencial para la superconductividad, pero algo lo impide. Si se encuentra una manera de sincronizar estos pares, podría ser posible crear superconductores que operen a temperaturas más altas.
Los científicos han estado buscando materiales superconductores que puedan funcionar a temperaturas elevadas, tal vez incluso a temperatura ambiente, lo que podría revolucionar la tecnología moderna, desde dispositivos electrónicos hasta la red eléctrica y el transporte. Además, los superconductores tienen propiedades cuánticas únicas que los hacen ideales para la construcción de procesadores cuánticos.
La investigación
Desde el descubrimiento de los superconductores, se sabe que las vibraciones del material ayudan a los electrones a emparejarse, fenómeno que ocurre en superconductores convencionales, que funcionan a temperaturas extremadamente bajas, cerca del cero absoluto. En este estudio, los investigadores observaron el emparejamiento de electrones en una etapa intermedia, en la que estos mostraban afinidad, pero no interactuaban completamente.
En el caso de los superconductores no convencionales, como los cupratos, que operan a temperaturas más altas, se cree que las fluctuaciones de espín de los electrones juegan un papel clave en el emparejamiento de los electrones. Este fenómeno se observó por primera vez en un experimento hace tres décadas. Comprender qué impulsa este emparejamiento en los cupratos podría ser clave para diseñar superconductores que funcionen a temperaturas más elevadas.
En este proyecto, los científicos estudiaron una familia de cupratos poco explorada, ya que su temperatura máxima de superconductividad es relativamente baja (25 ºK, -248 ºC). Sin embargo, descubrieron que el emparejamiento de electrones ocurre a temperaturas mucho más altas (150ºK, -123 ºC) en este material. Este hallazgo es más pronunciado en las muestras más aislantes.
Aunque este cuprato en particular podría no ser el material que logre la superconductividad a temperatura ambiente, los investigadores creen que los conocimientos obtenidos podrían aplicarse a otras familias de materiales superconductores para acercarse a ese objetivo.
Zhi-Xun Shen, uno de los autores principales, señaló que sus hallazgos podrían abrir nuevas vías para avanzar en la investigación de superconductores. El equipo planea continuar estudiando este estado de emparejamiento y buscar formas de manipular los materiales para sincronizar los pares de electrones y así diseñar superconductores a temperaturas más altas.
