En busca de superconductores a temperatura ambiente

Imagina un mundo en el que trenes de levitación magnética (maglev) son comunes, las computadoras son ultrarrápidas, los cables de alimentación tienen poca pérdida y existen nuevos detectores de partículas. Este es el mundo en el que los superconductores a temperatura ambiente son una realidad. Hasta ahora, este es un sueño del futuro, pero los científicos están más cerca que nunca de lograr la superconductividad a temperatura ambiente.

Un superconductor de temperatura ambiente (RTS) es un tipo de superconductor de alta temperatura (alta T_C o HTS) que opera más cerca de temperatura ambiente que a cero absoluto. Sin embargo, la temperatura de funcionamiento por encima de 0 ° C (273,15 K) todavía está muy por debajo de lo que la mayoría de nosotros consideramos temperatura ambiente "normal" (20 a 25 ° C). Por debajo de la temperatura crítica, el superconductor tiene cero resistencia eléctrica y expulsión de campos de flujo magnético. Si bien es una simplificación excesiva, la superconductividad puede considerarse como un estado perfecto

Los superconductores de alta temperatura exhiben una superconductividad superior a 30 K (-243.2 ° C). Mientras que un superconductor tradicional debe enfriarse con helio líquido para convertirse en superconductor, un superconductor de alta temperatura puede enfriado con nitrógeno líquido. Un superconductor a temperatura ambiente, en contraste, podría ser enfriado con hielo de agua ordinario.

Elevar la temperatura crítica para la superconductividad a una temperatura práctica es un santo grial para los físicos e ingenieros eléctricos. Algunos investigadores creen que la superconductividad a temperatura ambiente es imposible, mientras que otros señalan avances que ya han superado las creencias anteriores.

La superconductividad fue descubierta en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes en mercurio sólido enfriado con helio líquido (Premio Nobel de Física de 1913). No fue hasta la década de 1930 que los científicos propusieron una explicación de cómo funciona la superconductividad. En 1933, Fritz y Heinz London explicaron el Efecto Meissner, en el que un superconductor expulsa los campos magnéticos internos. De la teoría de Londres, las explicaciones crecieron para incluir la teoría de Ginzburg-Landau (1950) y la teoría microscópica de BCS (1957, llamada así por Bardeen, Cooper y Schrieffer). Según la teoría BCS, parecía que la superconductividad estaba prohibida a temperaturas superiores a 30 K. Sin embargo, en 1986, Bednorz y Müller descubrieron el primer superconductor de alta temperatura, un material de perovskita de cuprato a base de lantano con una temperatura de transición de 35 K. El descubrimiento les valió el Premio Nobel de Física de 1987 y abrió la puerta a nuevos descubrimientos.

El superconductor de temperatura más alta hasta la fecha, descubierto en 2015 por Mikhail Eremets y su equipo, es el hidruro de azufre (H₃S) El hidruro de azufre tiene una temperatura de transición de alrededor de 203 K (-70 ° C), pero solo bajo una presión extremadamente alta (alrededor de 150 gigapascales). Investigadores predecir que la temperatura crítica podría elevarse por encima de 0 ° C si los átomos de azufre se reemplazan por fósforo, platino, selenio, potasio o teluro y se aplica una presión aún mayor. Sin embargo, aunque los científicos han propuesto explicaciones para el comportamiento del sistema de hidruro de azufre, no han podido replicar el comportamiento eléctrico o magnético.

El comportamiento superconductor a temperatura ambiente se ha reivindicado para otros materiales además del hidruro de azufre. El superconductor de óxido de cobre y bario de itrio superconductor (YBCO) podría volverse superconductor a 300 K utilizando pulsos láser infrarrojos. El físico de estado sólido Neil Ashcroft predice que el hidrógeno metálico sólido debería ser superconductor cerca de la temperatura ambiente. El equipo de Harvard que afirmó fabricar hidrógeno metálico informó que el efecto Meissner pudo haberse observado a 250 K. Basado en el emparejamiento de electrones mediado por excitones (no emparejamiento de la teoría BCS mediado por fonones), es posible superconductividad a alta temperatura podría observarse en polímeros orgánicos bajo la derecha condiciones

Numerosos informes de superconductividad a temperatura ambiente aparecen en la literatura científica, por lo que a partir de 2018, el logro parece posible. Sin embargo, el efecto rara vez dura mucho y es endiabladamente difícil de replicar. Otro problema es que puede ser necesaria una presión extrema para lograr el efecto Meissner. Una vez que se produce un material estable, las aplicaciones más obvias incluyen el desarrollo de cableado eléctrico eficiente y potentes electroimanes. A partir de ahí, el cielo es el límite, en lo que respecta a la electrónica. Un superconductor a temperatura ambiente ofrece la posibilidad de no perder energía a una temperatura práctica. La mayoría de las aplicaciones de RTS aún no se han imaginado.

• Un superconductor a temperatura ambiente (RTS) es un material capaz de superconductividad por encima de una temperatura de 0 ° C. No es necesariamente superconductor a temperatura ambiente normal.
• Aunque muchos investigadores afirman haber observado una superconductividad a temperatura ambiente, los científicos no han podido replicar los resultados de manera confiable. Sin embargo, existen superconductores de alta temperatura, con temperaturas de transición entre −243.2 ° C y −135 ° C.
• Las aplicaciones potenciales de los superconductores a temperatura ambiente incluyen computadoras más rápidas, nuevos métodos de almacenamiento de datos y transferencia de energía mejorada.

• Bednorz, J. SOL.; Müller, K. A. (1986). "Posible superconductividad TC alta en el sistema Ba-La-Cu-O". Zeitschrift für Physik SI. 64 (2): 189–193.
• Drozdov, A. PAG.; Eremets, M. YO.; Troyan, yo. UN.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. YO. (2015). "Superconductividad convencional a 203 kelvin a altas presiones en el sistema de hidruro de azufre". Naturaleza. 525: 73–6.
• Ge, Y. F.; Zhang, F.; Yao, Y. SOL. (2016). "Demostración de primeros principios de superconductividad a 280 K en sulfuro de hidrógeno con baja sustitución de fósforo". Phys. Rvdo. si. 93 (22): 224513.
• Khare, Neeraj (2003). Manual de electrónica de superconductores de alta temperatura. CRC Press.
• Mankowsky, R.; Subedi, A.; Först, M.; Mariager, S. O.; Chollet, M.; Lemke, H. T.; Robinson, J. S.; Glownia, J. METRO.; Minitti, M. PAG.; Frano, A.; Fechner, M.; Spaldin, N. UN.; Loew, T.; Keimer, B.; Georges, A.; Cavalleri, A. (2014). "Dinámica reticular no lineal como base para una superconductividad mejorada en YBa₂Cu₃O_6.5". Naturaleza. 516 (7529): 71–73.
• Mourachkine, A. (2004). Superconductividad a temperatura ambiente. Cambridge International Science Publishing.