¿Superconductividad a temperatura ambiente en breve?
Los investigadores profundizan en el mecanismo de los superconductores
Los físicos de la Universidad de Leipzig han vuelto a profundizar en el conocimiento del mecanismo que subyace a los superconductores. Con ello, el grupo de investigación dirigido por el profesor Jürgen Haase está un paso más cerca de su objetivo de desarrollar las bases de una teoría de los superconductores que permita que la corriente fluya sin resistencia y sin pérdida de energía. Los investigadores descubrieron que en los enlaces superconductores de cobre y oxígeno, llamados cupratos, debe haber una distribución de carga muy específica entre el cobre y el oxígeno, incluso bajo presión.
Prof. Dr. Jürgen Haase (izquierda) y Michael Jurkutat.
Daniel Bandur, Universität Leipzig
Esto confirmó sus propios hallazgos de 2016, cuando Haase y su equipo desarrollaron un método experimental basado en resonancia magnética que puede medir cambios relevantes para la superconductividad en la estructura de los materiales. Fueron el primer equipo del mundo en identificar un parámetro material medible que predice la temperatura de transición máxima posible, una condición necesaria para lograr la superconductividad a temperatura ambiente. Ahora han descubierto que los cupratos, que bajo presión potencian la superconductividad, siguen la distribución de cargas predicha en 2016. Los investigadores han publicado sus nuevos hallazgos en la prestigiosa revista PNAS.
"El hecho de que la temperatura de transición de los cupratos pueda mejorarse bajo presión ha desconcertado a los investigadores durante 30 años. Pero hasta ahora no sabíamos cuál era el mecanismo responsable de ello", afirma Haase. Él y sus colegas del Instituto Felix Bloch de Física del Estado Sólido están ahora mucho más cerca de comprender el mecanismo real de estos materiales. "En la Universidad de Leipzig -con el apoyo de la Escuela de Postgrado Construyendo con Moléculas y Nanoobjetos (BuildMoNa)- hemos establecido las condiciones básicas necesarias para investigar los cupratos mediante resonancia nuclear, y Michael Jurkutat fue el primer investigador doctoral que se unió a nosotros. Juntos establecimos la Relación de Leipzig, que dice que hay que quitar electrones al oxígeno de estos materiales y dárselos al cobre para aumentar la temperatura de transición. Se puede hacer con química, pero también con presión. Pero casi nadie habría pensado que podríamos medir todo esto con resonancia nuclear", dijo Haase.
El hallazgo de su investigación actual podría ser exactamente lo que se necesita para producir un superconductor a temperatura ambiente, que ha sido el sueño de muchos físicos durante décadas y ahora se espera que sólo lleve unos pocos años más, según Haase. Hasta la fecha, esto sólo ha sido posible a temperaturas muy bajas, en torno a 150 grados centígrados bajo cero o menos, que no son fáciles de encontrar en ningún lugar de la Tierra. Hace aproximadamente un año, un grupo de investigación canadiense verificó los hallazgos del equipo del profesor Haase de 2016 utilizando cálculos asistidos por ordenador de nuevo desarrollo y corroboró así los hallazgos teóricamente.
La superconductividad ya se utiliza hoy en día de diversas maneras, por ejemplo, en imanes para máquinas de resonancia magnética y en la fusión nuclear. Pero sería mucho más fácil y menos costoso si los superconductores funcionaran a temperatura ambiente. El fenómeno de la superconductividad se descubrió en metales ya en 1911, pero ni siquiera Albert Einstein intentó entonces dar una explicación. Pasó casi medio siglo hasta que, en 1957, la teoría BCS permitió comprender la superconductividad en los metales. En 1986, el descubrimiento de la superconductividad en materiales cerámicos (superconductores cupríferos) a temperaturas mucho más elevadas por parte de los físicos Georg Bednorz y Karl Alexander Müller planteó nuevos interrogantes, pero también hizo concebir esperanzas de que pudiera alcanzarse la superconductividad a temperatura ambiente.
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