"Creemos que esta es ahora una nueva era de superconductividad", dijo Russell Hemley, científico de materiales de la Universidad George Washington en Washington, D.C., a una multitud de investigadores el 4 de marzo en la reunión de marzo de la American Physical Society.
Las imágenes iluminaron la pantalla detrás de él: un esquema de un dispositivo para aplastar cosas pequeñas entre los puntos superduros de diamantes opuestos, gráficos de temperatura y resistencia eléctrica, una bola brillante con una "X" negra áspera cortada en su centro.
Esa última imagen fue la encarnación de la nueva era en sí: una pequeña muestra de superhidruro de lantano (o LaH10) exprimida a presiones similares a las que se encuentran en la mitad del núcleo de la Tierra y calentada con un láser a temperaturas cercanas a un rápido día de invierno en Nueva Inglaterra . (Eso es calor hirviendo según los estándares de la investigación de superconductividad, generalmente realizada en un frío extremo de laboratorio). En esas condiciones, Hemley y su equipo habían descubierto que LaH10 parece dejar de resistir el movimiento de electrones entre sus átomos. Aparentemente se convierte, como lo calificó Hemley en su charla APS y en un artículo publicado el 14 de enero en la revista Physical Review Letters, en un "superconductor de temperatura ambiente".
Ciencia congelada
En 1911, la física holandesa Heike Kamerlingh Onnes descubrió que a temperaturas extremadamente bajas, ciertas sustancias exhiben propiedades eléctricas inusuales.
En circunstancias normales, una corriente eléctrica que pasa a través de un material conductor (como un cable de cobre) perderá algo de intensidad en el camino. Incluso los muy buenos conductores que utilizamos en nuestras redes eléctricas son imperfectos y no pueden transportar toda la energía desde una estación de energía a su toma de corriente. Algunos electrones simplemente se pierden en el camino.
Pero los superconductores son diferentes. Una corriente eléctrica introducida en un bucle de cable superconductor continuará circulando para siempre, sin ninguna pérdida. Los superconductores expulsan los campos magnéticos y, por lo tanto, expulsan poderosamente los imanes. Tienen aplicaciones en informática de alta velocidad y otras tecnologías. El problema es que los tipos de temperaturas extremadamente bajas a las que suelen operar los superconductores los hacen poco prácticos para el uso común.
Cazar sin mapa
Durante más de un siglo, los físicos han buscado la superconductividad en materiales más cálidos. Pero encontrar la superconductividad es un poco como golpear el oro: la experiencia y las teorías anteriores pueden decirle en términos generales dónde buscarla, pero en realidad no sabrá dónde está hasta que realice el costoso y lento trabajo de verificación.
"Tienes tantos materiales. Tienes un gran espacio para explorar", dijo Lilia Boeri, física de la Universidad Sapienza de Roma, quien presentó un trabajo después de que Hemley explorara la posibilidad de superconductores aún más cálidos que LaH10, y explicó por qué materiales como este son superconductor a presiones extremas.
En 1986, los investigadores descubrieron cerámicas que eran superconductoras a temperaturas de hasta 30 grados por encima del cero absoluto, o menos 406 grados Fahrenheit (menos 243 grados Celsius). Más tarde, en la década de 1990, los investigadores primero analizaron en serio las presiones muy altas para ver si podían revelar nuevos tipos de superconductores.
Pero en ese momento, Boeri le dijo a Live Science, todavía no había una buena manera de determinar si un material resultaría ser superconductor o a qué temperatura lo haría, hasta que se probara. Como resultado, los registros de temperatura crítica, las temperaturas a las que aparece la superconductividad, se mantuvieron muy bajos.
"El marco teórico estaba allí, pero no tenían la capacidad de usarlo", dijo Boeri.
El siguiente gran avance se produjo en 2001, cuando los investigadores mostraron que el diboruro de magnesio (MgB2) era superconductor a 39 grados por encima del cero absoluto, o menos 389 F (menos 234 C).
"fue bastante bajo", dijo, "pero en ese momento fue un gran avance, porque demostró que se podía tener una superconductividad con una temperatura crítica que era el doble de lo que se creía anteriormente posible".
Aplastamiento de hidrógeno
Desde entonces, la búsqueda de superconductores calientes ha cambiado de dos maneras clave: los científicos de materiales se dieron cuenta de que los elementos más ligeros ofrecían posibilidades tentadoras para la superconducción. Mientras tanto, los modelos de computadora avanzaron hasta el punto en que los teóricos podían predecir de antemano con precisión cómo se comportarían los materiales en circunstancias extremas.
Los físicos comenzaron en el lugar obvio.
"Entonces, quieres usar elementos ligeros, y el elemento más ligero es el hidrógeno", dijo Boeri. "Pero el problema es el hidrógeno en sí mismo: no se puede convertir en superconductor, porque es un aislante. Por lo tanto, para tener un superconductor, primero hay que convertirlo en un metal. Tienes que hacerle algo, y lo mejor que puedes hacer es apretarlo ".
En química, un metal es prácticamente cualquier colección de átomos unidos porque se sientan en una sopa de electrones que fluye libremente. La mayoría de los materiales que llamamos metales, como el cobre o el hierro, son metálicos a temperatura ambiente y a presiones atmosféricas confortables. Pero otros materiales pueden convertirse en metales en entornos más extremos.
En teoría, el hidrógeno es uno de ellos. Pero hay un problema.
"Eso requiere una presión mucho mayor que la que se puede hacer con la tecnología existente", dijo Hemley en su charla.
Eso deja a los investigadores buscando materiales que contengan mucho hidrógeno que formará metales y, con suerte, se volverán superconductores, a presiones alcanzables.
En este momento, dijo Boeri, los teóricos que trabajan con modelos de computadora ofrecen materiales experimentales que pueden ser superconductores. Y los experimentadores eligen las mejores opciones para probar.
Sin embargo, hay límites para el valor de esos modelos, dijo Hemley. No todas las predicciones se realizan en el laboratorio.
"Uno puede usar los cálculos de manera muy efectiva en este trabajo, pero hay que hacerlo de manera crítica y proporcionar pruebas experimentales", dijo a la multitud reunida.
Hemley y el "superconductor de temperatura ambiente" de su equipo, LaH10, parecen ser el resultado más emocionante de esta nueva era de investigación. Aplastada a aproximadamente 1 millón de veces la presión de la atmósfera de la Tierra (200 gigapascales) entre los puntos de dos diamantes contrapuestos, una muestra de LaH10 parece volverse superconductora a 260 grados sobre cero absoluto, o 8 F (menos 13 C).
Otra ejecución del experimento descrito en el mismo artículo parecía mostrar superconductividad a 280 grados por encima del cero absoluto, o 44 F (7 C). Esa es una temperatura ambiente fría, pero no una temperatura demasiado difícil de alcanzar.
Hemley terminó su charla sugiriendo que, en el futuro, este trabajo de alta presión podría conducir a materiales que son superconductores tanto a temperaturas cálidas como a presiones normales. Quizás un material, una vez presurizado, podría seguir siendo un superconductor después de que se libere la presión, dijo. O tal vez las lecciones sobre la estructura química aprendidas a altas temperaturas podrían indicar el camino hacia estructuras superconductoras de baja presión.
Eso sería un cambio de juego, dijo Boeri.
"Esto es básicamente una investigación fundamental. No tiene aplicación", dijo. "Pero digamos que se te ocurre algo que funciona bajo presión, digamos, 10 veces más bajo que ahora. Esto abre la puerta a cables superconductores, otras cosas".
Cuando se le preguntó si esperaba ver un superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente en su vida, asintió con entusiasmo.
"Seguro", dijo ella.
