Descubre cómo los superconductores, desde sus orígenes en temperaturas extremadamente bajas hasta su potencial revolucionario en aplicaciones de la vida cotidiana, están evolucionando y cambiando nuestro mundo. Conoce los mejores superconductores metálicos y las tecnologías futuras que podrían beneficiarnos a todos.
Los superconductores parecen ser materiales ordinarios, pero cuando la temperatura desciende, emergen sus superpoderes.
Los superconductores son metales (por ejemplo, plomo) u óxidos que conducen electricidad con resistencia cero. Sin embargo, para que exhiban sus superpoderes, necesitan mantenerse a temperaturas alrededor de los -265 grados Celsius o más frías. Si observaras dentro de un trozo de plomo, verías iones dispuestos en filas ordenadas entre los electrones. Los conductores de electricidad son estos electrones sueltos. Al ponerlos en movimiento, puedes generar una corriente eléctrica. A temperatura ambiente, los iones de plomo vibran salvajemente. Desde la perspectiva de los electrones, es como navegar a través de una pista de baile llena de gente sin derramar tu bebida, esquivando colisiones con otros bailarines. Las constantes colisiones entre electrones e iones convierten la energía eléctrica en calor. A esto se le llama resistencia.
Pero si reduces la temperatura unos cientos de grados, las vibraciones de los iones disminuyen y se forma una red estable. En este caso, a medida que los electrones fluyen, entra en juego otro efecto: las distorsiones en la red obligan a los electrones a emparejarse. Estos emparejamientos inesperados desencadenan un extraño fenómeno de la física cuántica: dentro del material, los pares de electrones se unen para formar un grupo que se mueve perfectamente sincronizado (como un banco de peces) sin ninguna colisión. En consecuencia, no se encuentra resistencia.
Gracias a esta asombrosa propiedad, los superconductores pueden transportar grandes corrientes sin sobrecalentarse. Esto permite la creación de electromagnetos extremadamente potentes utilizados en máquinas de resonancia magnética (MRI), supercomputadoras, aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, y trenes de levitación magnética (maglev).
¡Evolución de los Superconductores
Para ver cuánto han evolucionado los superconductores en el último siglo, embarquémonos en un viaje a través de la historia.
Cero Absoluto (1911): El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes y su equipo crearon temperaturas justo por encima del cero absoluto y descubrieron que el mercurio es un buen superconductor.
Levitación (1933): Meissner y Ochsenfeld descubrieron el «efecto Meissner», que permite que los superconductores repelan campos magnéticos y hagan que los imanes leviten.
Los Hermanos London (1935): Fritz y Heinz London allanaron el camino para la teoría de los superconductores al demostrar que la resistencia cero y el efecto Meissner se derivan del mismo fenómeno.
BCS (1957): Bardeen, Cooper y Schrieffer desarrollaron la teoría BCS de la superconductividad, explicando el emparejamiento de electrones, por la cual recibieron el Premio Nobel.
El Tema Caliente (1986): Bednorz y Müller descubrieron el primer superconductor de «alta temperatura» que podía operar a -243.15 grados Celsius.
Aún Más Caliente (2020): Un compuesto metálico compuesto de hidrógeno, carbono y azufre mostró superconductividad a 15 grados Celsius bajo una presión extrema.
Mejores Superconductores Metálicos
A continuación, puedes ver los mejores superconductores metálicos y sus temperaturas críticas de transición (el punto en el que necesitan ser enfriados para volverse superconductores).
- Plomo: 7,196 Kelvin
- Lantano: 4,88 Kelvin
- Tantalio: 4,47 Kelvin
- Mercurio: 4,15 Kelvin
- Estaño: 3,72 Kelvin
Potencial de la Superconductividad
A pesar de sus impresionantes capacidades, la mayoría de las tecnologías superconductoras actuales permanecen confinadas a laboratorios porque requieren sistemas de refrigeración voluminosos, de alto consumo energético y costosos para funcionar. Los científicos están trabajando para crear un superconductor que podría revolucionar nuestra vida diaria al funcionar a temperatura ambiente y presión. Por ejemplo, las resonancias magnéticas portátiles y asequibles podrían mejorar el sector de la salud, mientras que los trenes maglev de alta velocidad podrían acortar los tiempos de viaje.
Renovar nuestras redes eléctricas ineficientes con cables superconductores podría reducir nuestras facturas de electricidad. Además, se podría lograr una mayor eficiencia en la transmisión de energía de fuentes renovables como los parques eólicos, que suelen estar ubicados en áreas rurales. Finalmente, la producción de computadoras más pequeñas y rápidas podría ser posible mediante circuitos electrónicos habilitados para superconductores. Los físicos han logrado crear materiales superconductores que operan a 15 grados Celsius, pero estos requieren presiones extremadamente altas, cercanas a las del núcleo terrestre, para funcionar. Muchos científicos creen que los superconductores a temperatura ambiente son posibles. El desafío radica en descubrirlos y hacerlos utilizables en nuevas tecnologías.
