Hace unos meses, la revista «Nature» retiró una publicación sobre un material que pierde su resistencia eléctrica a temperatura ambiente. Ahora, el mismo investigador ha publicado un artículo en Nature que promete aún más.
Los superconductores desplazan los campos magnéticos de su interior. Por eso levitan sobre un imán.
La azarosa historia de un superconductor que conduce electricidad a temperatura ambiente sin pérdida de energía tiene un capítulo más. El grupo de investigación de Ranga Dias de la Universidad de Rochester escribió en la revista «Nature» esta semana presentó un material que ya pierde su resistencia eléctrica por debajo de los 21 grados centígrados. En un circuito hecho de este material, la corriente podría, en principio, fluir durante cualquier período de tiempo.
Sobre todo, la baja presión a la que esto sucede hace que te sientes y tomes nota. Los investigadores solo tuvieron que comprimir la muestra a una centésima parte de lo que se necesitaba en experimentos anteriores para hacerla superconductora. Esto da la esperanza de que algún día se encuentre un superconductor que no necesite ser enfriado o comprimido.
Ranga Dias: Los experimentos con superconductores comprimidos son su especialidad.
Normalmente, tal descubrimiento sería celebrado con euforia. Porque son las bajas temperaturas y las altas presiones las que se interponen en el camino de una amplia aplicación de los superconductores en la tecnología energética. Pero las reacciones a la publicación de Dias han sido mixtas. La razón de esto es que Dias no es una pizarra en blanco. Hace apenas unos meses, Nature tenía otra publicación suya retirado, en el que también presentó un superconductor a temperatura ambiente. La revista respondió a las acusaciones de otros investigadores de que los datos habían sido embellecidos. Dias niega estas acusaciones.
Los electrones se aparean a bajas temperaturas
Para que la corriente fluya en un material sin pérdida, los electrones deben formar pares. Solo juntos no sienten resistencia eléctrica. En muchos superconductores, este emparejamiento está mediado por vibraciones de la red cristalina. Sin embargo, este emparejamiento suele ser muy débil. Un poco de calor es suficiente y los socios se pierden de vista. Es por eso que la mayoría de los superconductores deben enfriarse hasta casi el cero absoluto a menos 273 grados centígrados.
Sin embargo, durante varios años ha existido la esperanza de que se encuentre un superconductor que conduzca la electricidad sin pérdida, incluso sin refrigeración. Se nutre de experimentos con compuestos que contienen hidrógeno. El elemento químico más ligero parece ser capaz de crear un fuerte emparejamiento entre electrones como ningún otro.
El grupo encabezado por Mikhail Eremets del Instituto Max Planck de Química en Mainz comenzó en 2015. Los investigadores observaron que un compuesto de azufre e hidrógeno «solo» debe enfriarse a menos 70 grados para que sea superconductor. En comparación con muchos otros superconductores, este fue un gran avance, pero tuvo un precio. La muestra tenía que estar extremadamente comprimida. La presión ejercida fue 1,5 millones de veces la presión atmosférica normal. Este superconductor no es más adecuado para transformadores, trenes de levitación magnética o dispositivos de resonancia magnética que un superconductor que debe enfriarse a menos 270 grados centígrados.
Sin embargo, el experimento tuvo un efecto de señal. No solo ha sido posible en los últimos años encontrar superconductores que contienen hidrógeno que necesitan ser enfriados aún menos. La gente también comenzó a pensar si la superconductividad a temperatura ambiente también podría lograrse con menos presión.
Se dice que el nitrógeno estabiliza los compuestos metálicos.
El grupo de investigación de Dias se basa en compuestos formados por tres elementos químicos. En el experimento más reciente, se añadió una pequeña cantidad de nitrógeno a un hidruro metálico (es decir, un compuesto de un metal e hidrógeno). Esto se hizo con la esperanza de estabilizar el hidruro metálico y así salir adelante con una presión menor.
El compuesto de lutecio (un metal de tierras raras) e hidrógeno tiene un color azulado en condiciones normales.
Los investigadores sujetaron una pequeña muestra del material entre dos puntas de diamante y aumentaron continuamente la presión. Lo primero que les llamó la atención fue un cambio de color. A una presión de 3000 bar, la muestra azulada de repente se volvió roja. Esto indica un cambio estructural en la muestra. Al mismo tiempo, sus propiedades eléctricas también cambiaron: un metal con conductividad ordinaria se convirtió en un superconductor.
La temperatura de transición más alta se midió a una presión de 10.000 bar. Aquí, una temperatura de 21 grados centígrados fue suficiente para hacer desaparecer la resistencia eléctrica. Esta presión sigue siendo 10.000 veces mayor que la presión atmosférica normal. Sin embargo, es mucho más fácil de generar usando medios técnicos que las presiones que eran 100 veces mayores en experimentos anteriores.
Para estar seguros, los investigadores examinaron el comportamiento magnético de su muestra en un tercer paso. Es característico de un superconductor que desplaza un campo magnético aplicado externamente desde su interior. Por eso los superconductores levitan sobre un imán. Los investigadores también pudieron confirmar este desplazamiento del campo magnético. Por lo tanto, hay tres indicaciones independientes que hablan de superconductividad a temperatura ambiente.
La reproducción podría ser difícil.
Puede estar seguro de que la nueva publicación de Dias ha sido rigurosamente revisada por pares. Porque una revista de renombre como “Nature” difícilmente puede darse el lujo de retirar uno de sus artículos nuevamente. Sin embargo, hay advertencias. Ya entonces era escéptico y tenía razón, dice Mikhail Eremets. Esta vez fue aún más escéptico. A Eremets le preocupa que pueda ser difícil reproducir el trabajo de Dias. El nuevo compuesto se puede sintetizar y probar en condiciones relativamente suaves. Sin embargo, una observación en la parte metodológica del trabajo alarma a Eremets.
Allí dice que es extremadamente difícil encontrar la proporción correcta de mezcla de hidrógeno y nitrógeno. Es por eso que solo fue posible probar las propiedades superconductoras en una de cada tres muestras. Eremets recuerda el trabajo anterior de Dias. Incluso entonces, la receta dada por los investigadores no ayudó a sintetizar el compuesto.
Para empeorar las cosas, Dias ahora ha fundado una startup que quiere comercializar los nuevos superconductores a temperatura ambiente. Como informa «Quanta Magazine», ha presentado una patente para el nuevo compuesto. Por lo tanto no puede enviarlos a otros investigadores.
Otros investigadores son más optimistas de que los resultados de las diapositivas se puedan reproducir pronto. Hasta ahora, solo unos pocos grupos de investigación en el mundo han podido generar las presiones increíblemente altas a las que los compuestos que contienen hidrógeno se vuelven superconductores. La nueva conexión de Dias es mucho más fácil de manejar en este sentido e invita a otros investigadores a repetir el experimento.
Esto también es necesario porque todavía no está del todo claro por qué el nuevo compuesto se vuelve superconductor a presiones relativamente bajas. ¿Se debe al efecto estabilizador de los átomos de nitrógeno o intervienen otros efectos? Comprender esto puede ser la clave para encontrar un superconductor a temperatura ambiente que sea estable en ausencia de presión externa. Sin una sospecha razonable, esta búsqueda será interminable. Porque hay miles de formas de combinar metales, hidrógeno y elementos estabilizadores.
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