Un superconductor inútil a temperatura ambiente
Obtienen un superconductor a temperatura ambiente, pero a muy alta presión.
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En algunas novelas de ciencia ficción se menciona la existencia de una tecnología avanzada con la que es posible sintetizar superconductores a temperatura ambiente. Durante muchas décadas se creyó que eso era pura imaginación.
Un supercoductor es un material que es capaz de conducir la corriente eléctrica sin pérdidas por debajo de cierta temperatura critica. La existencia de estos materiales se conoce desde hace más de un siglo, en concreto desde 1911 con el mercurio. Durante 7 décadas estos materiales eran metálicos y mantenían el estado supercoductor a temperaturas cercanas al cero absoluto de temperatura (273 grados bajo cero), por lo que se necesita helio líquido para su refrigeración. Aunque se subió un poco la temperatura crítica, sólo se pudo alcanzar temperaturas del nitrógeno liquido en los ochenta con materiales cerámicos.
A estas cerámicas, como el cuprato YBACUO, se les dio el nombre de supercoductores de alta temperatura. Así como hay una explicación teórica para los supercoductores de baja temperatura (teoría BCS), todavía no se conocen muy bien los detalles de los de alta temperatura.
Sin embargo, las aplicaciones prácticas de los superconductores de alta temperatura han sido muy escasas, pese a las esperanzas depositadas en ellos en un principio. Desde entonces se ha seguido investigando y, por ejemplo, se descubrió que algunos materiales se hacían superconductores a temperaturas más elevadas si se sometían a presión.
Hace unos días se publicó un resultado producto de seguir investigando por esta vía: un material mantiene su estado superconductor incluso a temperatura ambiente. El precio a pagar es que esto se da sólo a la gigantesca presión de dos tercios de la presente en el centro de la Tierra.
El logro lo ha conseguido el equipo de Ranga Dias (University of Rochester) y viene de una idea de 1968 sugerida por Neil Ashcroft (Cornell University). Según él, el hidrógeno metálico baja un alta presión debería ser superconductor. Aunque varios grupos dicen haber conseguido hidrógeno metálico, estos resultados son controvertidos. Algunos opinan que para lograr esto se necesita una presión superior a la reinante en el centro de la Tierra y esto es algo que todavía no podemos lograr. Ashcroft pensó que quizás añadiendo algo más que hidrógeno a la receta se facilitaría la meta.
Estas altas presiones sólo se logran en el pequeño hueco que hay entre dos diamantes dentro de una prensa (ver imagen de cabecera). Este sistema de juntas de yunques de diamantes se usa para fines de investigación y la cantidad de material que se puede testar es muy pequeña, pero suficiente para poder ser medida.
El primer éxito de esta estrategia lo tuvo Mikhail Eremets (Instituto Max Planck) en 2015 con H3S comprimido a 155 GPa, con una temperatura crítica de 205 Kelvin. Tres años más tarde Eremets y otros subieron el récord a 250 K con un compuesto de hidrógeno rico en lantano. Estos materiales se desintegran una vez se deja de aplicar la presión.
El nuevo récord que ha logrado Dias se ha alcanzado añadiendo carbono a la mezcla. Se muelen juntas partículas de carbono y azufre y se añade luego hidrógeno, metano y sulfuro de hidrógeno en proporciones adecuadas. Una vez dentro del yunque de diamante se hace pasar un láser verde a través que inicia las reacciones químicas necesarias. Una vez formado el compuesto se aplica la presión. A 148 Gpa el material tenían una temperatura crítica de 147 K. Aumentado la presión a 257 GPa esta temperatura subía a los 287 K.
Si tuviéramos superconductores a presión y temperatura normal podríamos desarrollar líneas eléctricas sin pérdidas, aparatos de resonancia nuclear baratos o posibilitaría un tren viable de levitación magnética.
Lamentablemente, este logro no tiene ninguna utilidad práctica, sólo teórica. Pero puede permitir saber más sobre este tipo de superconducción y, quizás, mejorar el fenómeno para que haya otros superconductores más prácticos. Seguro que este resultado espoleará a otros grupos de investigación. De momento, el superconductor práctico a temperatura ambiente sigue siendo ciencia ficción.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Adam Fenster
7 Comentarios
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martes 20 octubre, 2020 @ 4:35 pm
Clarificador titular, alejado totalmente de los que han aparecido en algunos medios, que prácticamente prometían una nueva revolución industrial para mañana mismo.
miércoles 21 octubre, 2020 @ 10:43 am
Pues yo no lo calificaría de inútil, sino que es un avance en la investigación que quizá pueda aprovecharse en un futuro. Y en la actualidad ya es útil en tal investigación. Por esa razón más inútil fue el lanzamiento del Voyager 1 que, sin embargo, transporta una muy improbable esperanza.
miércoles 21 octubre, 2020 @ 10:43 pm
Parece interesante, es como si dijésemos que la superconductividad es posible a -173ºC. por que las altas presiones que son necesarias, para tener superconductividad a temperatura ambiente, lo alejan tanto de las aplicaciones prácticas, como lo alejaban las bajas temperaturas. Habrá que ver si estas formas de alta presión, son metaestables a presión y temperatura ambiente (1 atm. y 25ºC ), como ocurre con el diamante.
Sobre el hidrógeno metálico, se habla que una alta frecuencia de vibración de los átomos de hidrógeno, debido a su baja masa, propiciará un acoplamiento electrón – fonón muy fuerte. Pero si nos fijamos en el Berilio y el Litio, con una Tc de 0,026 y de 0,0004ºK, es decepcionante, para átomos con una baja masa iónica como la que poseen. Si los físicos Eugene Wigner y Hillard Bell Huntington estuviesen en lo cierto, estos metales ligeros, deberían de tener frecuencia de vibración altísima, y un acoplo electrón-fonón muy fuerte, debiendo de tener una Tc sino ambiente, como la del hidrógeno, tal vez similar a la de los cupratos (óxido de cobre) o los de hierro-arsenio (50-60ºK), y no una Tc tan bajita, como tienen ambos.
Algunos investigadores, como Jorge Eduardo Hirsch, argumentan que el hidrógeno metálico no tendría huecos, ( con una energía de Fermi, baja, y una baja concentración de electrones, como portadores mayoritarios ), y por ello, su Tc sería muy baja, como la de los metales, Li y Be.
viernes 23 octubre, 2020 @ 6:44 pm
En Japón, Alemania y Estados Unidos ya hace un cierto tiempo que funcionan trenes de levitación magnética (MAGLEVS). Pero el principal problema está en los trenes para el transporte de mercancías, un factor limitante sería tanto el diseño del tren como su peso, por el alto coste de las infraestructuras, el sistema eléctrico ( no parecen viables las torres eléctricas y habría que soterrar los cables eléctricos que pesarían demasiado).
En cuanto a la temperatura crítica más baja alcanzada creo que fue con el platino, dijeron que muy cerca del cero absoluto.
Y un recordatorio para el primero, Frohelichm, que sugirió que los electrones actúan como pares acoplados debido a la vibraciones de la red del material, acoplamiento visto como un intercambio de fonones siendo estos los cuantos de energía vibracional de red.
Más tarde fue Cooper ( Teoría BCS) quien investigó con mayor amplitud el comportamiento de bosón de esos ‘pares de electrones’ (que de hecho no deberían emparejare por sufrir el principio de Exclusión de Pauli).
sábado 24 octubre, 2020 @ 10:38 am
Muchas gracias, David y Lluís por vuestras documentadas aportaciones. Pienso que el maglev puede ser muy útil para distancias terrestres, tanto en cortos como en largos recorridos, sustituyendo al avión, que -pienso- ha de consumir más combustible, lo que es pernicioso para nuestro esquilmado planeta. Pero también hemos de tener en cuenta que la vías y carreteras, impiden a la fauna terrestre sus caminos naturales, por lo que pienso que deberían habilitarse, al menos, cada ciertos tramos, conexiones elevadas y provistas de la vegetación imprescindible para que sean aceptadas por los animales. Este problema no existe con el avión. Por otra parte, también serían necesarias, quizá con medios más tradicionales las conexiones y servicios para los pueblos casi despoblados. Pero eso ya es otra cuestión que podemos dejar para un artículo más propicio.
Sin embargo pienso que estamos demasiado obsesionados con la velocidad: hacerlo todo corriendo,corriendo; quizá sería bueno vivir más rápido para morirnos antes.
Chao.
sábado 24 octubre, 2020 @ 1:49 pm
‘Vivir más rápido’ no significa morirse antes, al contrario, tomás, significaría morirse más tarde, de acuerdo con el efecto de la ‘dilatación temporal ‘ de la teoría de la gravedad de Einstein. Bueno, es una bromita, porque en realidad, tendrías que ir muy, muy rápido, a una importante fracción de la velocidad de la luz en el vacío.
Un saludo, amigo.
domingo 25 octubre, 2020 @ 12:07 pm
Tienes toda la razón, querido Lluís. Es que voy razonando peor por la tontería de ir haciéndome más viejo a base de cumplir años, cosa convencional donde las haya… digo yo, puesto que no creo en el tiempo. Será que me voy desordenando cada vez más. Por ejemplo, mi mesa es una catástrofe de papeles.