Los superconductores son materiales capaces de transportar corriente eléctrica sin ninguna resistencia, una característica que los hace valiosos para muchas aplicaciones tecnológicas. Hasta hace poco, este fenómeno extraordinario (en el sentido literal del término - que sale de nuestro ordinario) solo ocurría a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto.
El descubrimiento de compuestos ricos en hidrógeno como el sulfuro de hidrógeno (H₃S) ha cambiado las reglas del juego al permitir la superconductividad a temperaturas mucho más accesibles, alrededor de -70°C, abriendo así nuevas perspectivas para un uso práctico.
Para alcanzar la superconductividad, se necesita un frío extremo.
Crédito: University of Rochester / J. Adam Fenster
El estudio de estos materiales presenta sin embargo dificultades mayores, en particular porque solo pueden crearse bajo presiones colosales, que superan un millón de veces la presión atmosférica normal. Estas condiciones extremas hacen imposible el uso de las técnicas de medición tradicionales, lo que ha impedido durante mucho tiempo a los investigadores explorar en profundidad los mecanismos cuánticos en juego en estos superconductores de nueva generación.
Para sortear este obstáculo, un equipo del
Instituto Max Planck de Maguncia ha desarrollado un método espectroscópico innovador capaz de funcionar bajo estas presiones excepcionales. Esta técnica de espectroscopía de efecto túnel ha permitido por primera vez sondear directamente el estado superconductor en el H₃S, revelando la presencia de una barrera energética característica de aproximadamente 60 milielectronvoltios.
Los investigadores también han estudiado la versión deuterada de este compuesto, el D₃S, donde el hidrógeno es reemplazado por su isótopo más pesado. La medición de una barrera energética más pequeña, de aproximadamente 44 milielectronvoltios, confirma que las vibraciones de la red atómica juegan un papel central en el mecanismo de superconductividad. Esta validación experimental respalda predicciones teóricas establecidas desde hace mucho tiempo sobre el comportamiento de los electrones en estos materiales.
El Dr. Feng Du, primer autor del estudio publicado en
Nature, subraya que este avance técnico abre el camino a una comprensión profunda de los factores que permiten la superconductividad a alta temperatura. Mikhail Eremets, pionero en este campo recientemente fallecido, consideraba estos trabajos como los más importantes desde el descubrimiento inicial de la superconductividad en el H₃S en 2015. Su colega Vasily Minkov añade que este avance acerca el diseño de superconductores que funcionen a temperatura ambiente.
La historia de la superconductividad se remonta a 1911 con el descubrimiento de este fenómeno en el mercurio por Heike Kamerlingh Onnes. Durante décadas, se creyó que esta propiedad extraordinaria solo podía existir a temperaturas extremadamente bajas. El descubrimiento de los cupratos en los años 1980 constituyó una primera revolución, seguida más recientemente por la emergencia de los hidruros metálicos ricos en hidrógeno que constantemente empujan los límites de temperatura hacia valores más prácticos para aplicaciones futuras.
El fenómeno de la superconductividad
La superconductividad representa una de las propiedades más notables que algunos materiales pueden manifestar cuando se enfrían por debajo de una temperatura específica. A esta temperatura crítica, la resistencia eléctrica desaparece completamente, permitiendo que la corriente circule indefinidamente sin ninguna pérdida de energía. Esta característica única abre rupturas tecnológicas para el transporte y almacenamiento de electricidad, con aplicaciones potenciales que van desde redes eléctricas ultraeficientes hasta sistemas de propulsión avanzados.
El mecanismo fundamental detrás de este fenómeno implica la formación de pares de electrones, llamados pares de Cooper, que se comportan como una entidad única. A diferencia de los electrones individuales en los metales normales que sufren colisiones con los átomos del material, estos pares coordinados se desplazan sin encontrar obstáculos. Esta coordinación perfecta es posible gracias a interacciones sutiles con las vibraciones de la red cristalina, creando un estado cuántico colectivo particularmente estable.
La temperatura a la que un material se vuelve superconductor varía considerablemente según su composición y estructura. Los primeros superconductores descubiertos requerían un enfriamiento cercano al cero absoluto, limitando fuertemente sus aplicaciones prácticas. Los progresos recientes han permitido identificar materiales que presentan esta propiedad a temperaturas mucho más elevadas, algunos acercándose incluso a las condiciones ambientales, lo que representa un avance mayor hacia un uso más amplio.
La importancia de la superconductividad va mucho más allá del campo de la electricidad, tocando tecnologías de vanguardia como la imagen médica por resonancia magnética, los trenes de levitación magnética y los ordenadores cuánticos. Cada nuevo descubrimiento en este campo nos acerca un poco más a un futuro donde la energía podría ser transportada y utilizada con una eficiencia hoy inimaginable.
Fuente: Nature