NeoFronteras

La nueva familia de superconductores basada en hierro presenta nuevas posibilidades teóricas y quizás prácticas. Al parecer desafían los modelos teóricos existentes.

Investigadores chinos y de la Johns Hopkins University han revelado algunos de los misterios de los nuevos superconductores recientemente descubiertos. Esto podría dar lugar a un mejor diseño de los superconductores que ahora se usan en la industria o medicina.
En el artículo publicado en Nature Chia-Ling Chien, Jacob L. Hain Professor y sus colaboradores ofrecen nuevas pistas para comprender las características de la superconducción de la nueva familia de superconductores basados en hierro. Al parecer los nuevos superconductores de alta temperatura crítica (pero, de momento, no tan alta como la de los cupratos) tienen nuevas características. Según ellos se necesitan de teorías nuevas que expliquen la superconducción en este tipo de materiales. En un alarde de optimismo, incluso especulan que se podría conseguir la superconducción a temperatura ambiente en el futuro.
Los superconductores son materiales que conducen la corriente eléctrica sin pérdida cuando están por debajo de cierta temperatura. Así, un anillo superconductor puede mantener una corriente circulando por el indefinidamente sin pérdidas ni calentamiento. Los superconductores tradicionales realizan esto cuando su temperatura está muy cerca del cero absoluto (la superconductividad tradicional fue descubierta en 1911), pero en 1986 se descubrió una familia de superconductores basada en cupratos (óxidos de cobre), como el YBaCuO, que hacían esto mismo a una temperatura relativamente alta (incluso mayores a los 138 K), de tal modo que bastaba nitrógeno líquido (que hierve a 79 K) para que se tornaran superconductores. Recientemente, investigadores japoneses y chinos han descubierto una nueva familia de superconductores de alta temperatura de una composición distinta, resultado del que dábamos cuenta en NeoFronteras hace poco.
Los superconductores se utilizan en medicina en las máquinas de resonancia magnética nuclear (con superconductores de baja temperatura) y en algunos dispositivos electrónicos (con superconductores de alta temperatura).
Aunque se ha planteado la construcción de trenes de levitación magnética (maglevs) basados en la superconducción, solamente se disponen de prototipos, ya que el precio de construcción de estas líneas es de momento prohibitivo. Otras aplicaciones serían la construcción de generadores y motores eléctricos muy eficientes, así como líneas de transmisión de corriente sin pérdidas.
Disponer de superconductores a temperatura ambiente sería tecnológicamente revolucionario, pero no se dispone de una teoría que explique bien la superconducción a alta temperatura que guíe en el diseño de esos hipotéticos superconductores a temperatura ambiente.
Todos los metales contienen electrones de conducción que, al poder circular por el material, permiten la conducción eléctrica, aunque en condiciones normales sufren una resistencia a su avance por el mismo. La superconductividad puede explicarse mediante la existencia de pares de Cooper. Cuando las temperaturas son muy bajas aparecen los pares de Cooper. Éstos son asociaciones de dos electrones que se mantienen unidos de tal modo que la atracción entre estos electrones de spines opuestos es mayor que la repulsión entre sus cargas. La cantidad de energía necesaria para romper esta unión entre los electrones del par se denomina zanja de energía y determina la fortaleza del estado superconductor. Esta zanja es alta a bajas temperaturas, pero desaparece por encima de la temperatura crítica cuando el estado superconductor deja de existir.
Según Chien la estructura y la dependencia de la zanja de energía revela el «alma» del superconductor. En este caso el equipo de investigadores midió la zanja de energía y su dependencia con la temperatura revelando que el mecanismo de formación de pares en los superconductores basados en hierro es diferente del de los cupratos de alta temperatura. Para sorpresa de los investigadores los resultados son incluso incompatibles con las nuevas teorías propuestas que pretenden explicar el fenómeno superconductivo.
Según ellos está claro que hay que reexaminar los modelos teóricos antiguos y desarrollar nuevos modelos.

Fuentes y referencias:
Nota en Johns Hopkins University.
Nueva familia de superconductores.
Foto: prototipo de Maglev, Wikimedia Commons.