Pocos descubrimientos en la ciencia revolucionarían tanto la tecnología como un material que alcanza la superconductividad a temperatura ambiente, bajo presiones relativamente suaves. Un equipo de físicos dirigido por Ranga Dias, un físico de la Universidad de Rochester en Nueva York, ahora afirma que podrían haberlo descifrado, demostrando que un metal de tierras raras llamado lutecio combinado con hidrógeno y nitrógeno puede conducir electricidad sin resistencia a 21°C y alrededor solo 10,000 atmósferas de presión, informa el equipo.
Si otros investigadores lo confirman, esto sería un gran avance en la creación de dispositivos que no desperdicien energía en calor al producir una corriente. Idealmente, esto podría usarse algún día para crear computadoras más eficientes, trenes de levitación magnética más rápidos y sin fricción, tecnología superior de rayos X e incluso reactores de fusión nuclear más potentes.
“Con este material, ha llegado el amanecer de la superconductividad ambiental y las tecnologías aplicadas”, dijo el equipo en un comunicado de prensa.
Los investigadores llamaron al material ‘materia roja’ debido a que el material cambia drásticamente de azul a rosa a medida que se vuelve superconductor, y luego a rojo cuando se convierte en un metal no superconductor. Antes de emocionarte demasiado, ten en cuenta que, por ahora, este es solo un equipo de investigadores que comparte sus propias observaciones. Los datos han sido publicados en la prestigiosa revista Nature, y seguramente generarán mucho debate. Ya hay mucho escepticismo saludable en el mundo de la física.
Una de las principales preocupaciones es que este mismo grupo de investigadores publicó afirmaciones de un avance superconductor similar a temperatura ambiente, en 2020. Esta afirmación fue luego retractada por Nature debido a problemas con la reproducibilidad y preguntas sobre los datos.
La superconductividad es un gran problema porque, por lo general, cuando la electricidad fluye a través de los cables, por ejemplo, desde una planta de energía hasta tu hogar, o a través de los circuitos internos de tu teléfono inteligente, se encuentra con fricción. Esta resistencia da como resultado que la energía se pierda en forma de calor. En 1911, los investigadores identificaron que había algunos materiales que perdían esta resistencia bajo el frío extremo y la alta presión.
En estas condiciones extremas, los comportamientos cuánticos de los electrones dentro de los superconductores se fortalecen para permitirles formar lo que se conoce como pares de Cooper, lo que les permite viajar a través del material con una eficiencia perfecta. La superconductividad es relativamente fácil de detectar, ya que también da como resultado que un material expulse campos de flujo magnético.
Pero hacer que los materiales se vuelvan superconductores a temperaturas y niveles de presión que sean eficientes y prácticos ha sido un desafío increíble, y los físicos han pasado décadas trabajando. El equipo de la Universidad de Rochester afirma que ahora han podido acercarse a esto con reddmatter.
Para crear el material, los investigadores desarrollaron una mezcla de gases compuesta por un 99% de hidrógeno y un 1% de nitrógeno. Dejado en una cámara con lutecio durante unos días a 200°C, los componentes reaccionaron para formar un compuesto azul llamativo. Luego, el equipo colocó el material dentro de un yunque de diamante que se usa para someter los materiales a una presión extrema.
A medida que aumentaba la presión, el material experimentó una “transformación visual marcada”, pasando de azul a rosa a medida que se volvía superconductor, algo que el equipo confirmó midiendo tanto los campos magnéticos alrededor del material como su conductividad eléctrica. A medida que la presión continuó aumentando, el material se volvió rojo brillante, pasando a través de su fase superconductora a un estado metálico no superconductor. Reddmatter mostró superconductividad a alrededor de 21°C, cuando se comprimió a una presión de 145,000 libras por pulgada cuadrada.
Esto sigue siendo aproximadamente 10,000 veces la presión de la atmósfera de la Tierra, por lo que aún se requieren los tipos adecuados de estructuras y equipos para hacer un uso práctico de ella. Es poco probable que le dé superpoderes a su teléfono en el corto plazo. Pero es una presión significativamente más baja que otros candidatos para superconductores a temperatura ambiente, que requieren millones de veces la presión atmosférica.
Uno de los grandes problemas ahora es que los investigadores no están completamente seguros de la estructura exacta de la materia roja. Eso hace que sea difícil entender cómo se está volviendo superconductor. Hay indicios de que puede estar logrando la superconductividad a través de un mecanismo diferente al de otros superconductores, señalan los físicos ChangQing Jin y David Ceperley, que no participaron en la investigación, en un artículo adjunto de Nature New and Views.
“[El] modelo estructural… sugiere que hay relativamente poco hidrógeno presente en las muestras de los autores en comparación con compuestos superconductores similares”, escriben.
“Se necesitarán más investigaciones para confirmar que [el] material es un superconductor de alta temperatura y luego para comprender si este estado es impulsado por pares de Cooper inducidos por vibración, o por un mecanismo no convencional que aún no se ha descubierto”.
Dias admite que aún queda mucho por entender acerca de cómo la materia roja logra la superconductividad. Pero sigue siendo optimista. Reddmatter es un primer paso importante, incluso si no termina siendo el mejor superconductor que existe.
“En la vida cotidiana, tenemos muchos metales diferentes que usamos para diferentes aplicaciones, por lo que también necesitaremos diferentes tipos de materiales superconductores”, dijo Dias.
“Un camino hacia la electrónica de consumo superconductora, las líneas de transferencia de energía, el transporte y las mejoras significativas del confinamiento magnético para la fusión son ahora una realidad”, agregó.
“Creemos que ahora estamos en la era superconductora moderna”.
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
