La carrera hacia los superconductores a temperatura ambiente se intensifica

Los materiales superconductores son aclamados como el "santo grial" de la física de la materia condensada, ya que sus aplicaciones son muy amplias. Desde trenes levitantes y computación cuántica hasta electrónica clásica más rápida y eficiente, la superconductividad se investiga en gran medida para una amplia gama de casos de uso que podrían transformarse al vencer la resistencia eléctrica y el campo magnético.

La superconductividad puede hacer que los materiales magnéticos leviten debido a los efectos sobre las líneas del campo magnético. Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Rochester.

Sin embargo, los métodos convencionales para obtener superconductividad están lejos de ser económicos y requieren cantidades masivas de energía y enfriamiento criogénico. Por lo tanto, el siguiente paso para lograr una superconductividad asequible y útil es alcanzar la superconductividad a temperaturas más altas (cualquier temperatura superior a 90 K (-183 ° C) en los superconductores se considera "alta") con el objetivo final de ser la temperatura ambiente.
Algunas de las principales instituciones de investigación en ingeniería eléctrica han publicado nuevos hallazgos sobre este objetivo en los últimos meses, con logros provenientes de la Universidad de Rochester, MIT y Yale.

El "primer superconductor a temperatura ambiente del mundo"

En octubre, investigadores de la Universidad de Rochester lograron lo que dicen es el primer superconductor a temperatura ambiente del mundo.
En lugar de lograr la superconductividad por medio del enfriamiento, los investigadores pudieron lograr esta hazaña de temperatura aplicando presiones extremadamente altas a un material rico en hidrógeno que imita las características de enlace fuerte y ligero del hidrógeno puro, un fuerte candidato para superconductores de alta temperatura. .
Este material hecho de itrio e hidrógeno ("superhidruro de itrio"), que puede metalizarse a presiones significativamente más bajas, exhibió una presión de 26 millones de libras por pulgada cuadrada y una temperatura récord de 12 ° F.

Los investigadores utilizaron una celda de yunque de diamante para probar materiales superconductores. Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Rochester.

Según su artículo en Nature, el siguiente paso del equipo fue crear un "material covalente de origen orgánico rico en hidrógeno" llamado hidruro de azufre carbonoso. Fue este material el que luego exhibió superconductividad a 58 ° F al aplicar 39 millones de PSI de presión.
Por este logro, el investigador principal Ranga Dias fue anunciado como innovador de Time100 Next la semana pasada.

MIT diseña un "sándwich" de grafeno de tres capas

Si bien los hallazgos de la Universidad de Rochester son un paso significativo hacia adelante para alcanzar la superconductividad, las altas presiones requeridas aún limitan la viabilidad de esta técnica en el mundo real. A principios de este mes, los investigadores del MIT publicaron un artículo que describe un método para obtener superconductividad a altas temperaturas sin requerir una presión inmensa.

Un "sándwich" de grafeno de 3 capas ha mostrado un comportamiento superconductor a 3K. Imagen utilizada por cortesía del MIT

En 2018, los investigadores pudieron demostrar que cuando dos películas delgadas de grafeno se colocan una encima de la otra en un ángulo específico, la estructura se convierte en un superconductor. Desde entonces, la búsqueda de más materiales que compartan esta propiedad ha resultado infructuosa, hasta ahora.
Ahora, los mismos investigadores del MIT han podido observar la superconductividad en un "sándwich" de grafeno de tres capas, cuya capa intermedia está retorcida en un nuevo ángulo con respecto a las capas externas.
En comparación con el material superconductor de dos capas original, que tiene una temperatura crítica de 1K, el nuevo material de tres capas ha mostrado una temperatura crítica de 3K. En cuanto a la razón exacta, los científicos aún no están seguros. "Por el momento tenemos una correlación, no una causalidad", señalaron los investigadores en un comunicado de prensa de la universidad.

Reimaginando la ley de Coulomb para superconductores de alta temperatura

Este mes surgieron más noticias sobre superconductores de la Universidad de Yale, donde los investigadores publicaron un estudio que desafía la comprensión fundamental de la electromagnética en los superconductores.
Su estudio, que se centró en superconductores de alta temperatura, encontró que en este estado el comportamiento de los electrones no sigue la ley de Coulomb. Normalmente, dos electrones se repelen entre sí, trabajando para moverse al lugar de menor energía entre ellos (que es teóricamente infinito).

Dos ecuaciones asociadas con la ley de Coulomb. Imagen utilizada por cortesía del Physics Hypertextbook

Sorprendentemente, los investigadores de Yale encontraron que en los superconductores de alta temperatura, los electrones se comportan independientemente de otras partículas atómicas, creando una estructura similar a un anillo entre sí.
Esto se opone fundamentalmente a los conocimientos previos de la ley de Coulomb: en lugar de alejarse infinitamente unos de otros, los electrones se mueven juntos, formando una estructura en forma de anillo. Los investigadores teorizan que este efecto sin precedentes puede ser causado por la "forma funcional subyacente de la interacción de Coulomb entre los electrones de valencia".

Calentar los superconductores lleva tiempo

Si bien las realidades de los superconductores a temperatura ambiente (más allá de un entorno de laboratorio estricto) están lejos de ser una realidad, los estudios recientes de estas instituciones indican que los investigadores están en el camino correcto.
"La historia nos ha enseñado que una búsqueda como esa puede llevar tiempo", explica el investigador de superconductores Van der Molen, profesor de física de la materia condensada en la Universidad de Leiden. "Kamerlingh Onnes descubrió la superconductividad en 1911, pero no fue hasta 1957 que se publicó una buena teoría explicativa … Es complicado, incluso para los físicos".

Póngase al día con más investigaciones sobre superconductividad