viernes 29 de marzo de 2024

Superconductores

Científicos descubren que un superconductor encuentra resistencia a temperatura ambiente

El descubrimiento de este nuevo hecho divide a la comunidad científica e investigadora.

domingo 12 de marzo de 2023
Científicos descubren que un superconductor encuentra resistencia a temperatura ambiente
El Lutecio, un metal de tierras raras, se transformó en un superconductor a temperatura ambiente en la nueva investigación. Foto: ilustrativa.
El Lutecio, un metal de tierras raras, se transformó en un superconductor a temperatura ambiente en la nueva investigación. Foto: ilustrativa.
Por Néstor Vidal*

Un sello distintivo de la superconductividad es el efecto Meissner, que expulsa todos los campos magnéticos de un material, una propiedad que permite que un superconductor levite. Los investigadores afirman observar el efecto Meissner en su nuevo material.

En una charla llena el martes por la tarde en la reunión anual de marzo de la Sociedad Estadounidense de Física en Las Vegas, Ranga DIAS, físico de la Universidad de Rochester, anunció que él y su equipo habían logrado un sueño centenario del campo: Un Superconductor que funciona a temperatura ambiente y presión cercana al ambiente. El interés fue tan intenso en la presentación que el personal de seguridad detuvo la entrada a la sala abarrotada más de quince minutos antes de la charla. Se los podía escuchar ahuyentando a los curiosos poco antes de que Días comenzara a hablar.

Los resultados, parecen mostrar que un conductor convencional, un sólido compuesto de hidrógeno, nitrógeno y lutecio, un metal de tierras raras se transformó en un material impecable capaz de conducir la electricidad con una eficiencia perfecta.

Si bien el anuncio ha sido recibido con entusiasmo por algunos científicos, otros son mucho más cautelosos y señalan la controvertida historia del grupo sobre supuestas irregularidades en la investigación. (Días niega rotundamente las acusaciones). Las reacciones de 10 expertos independientes contactados por Quanta variaron desde una emoción desenfrenada hasta un rechazo total, y muchos de los expertos expresaron una versión de optimismo cauteloso.

Anteriormente, la superconductividad se había observado solo a temperaturas gélidas o presiones aplastantes, condiciones que hacen que esos materiales no sean prácticos para aplicaciones deseadas durante mucho tiempo, como líneas eléctricas sin pérdidas, trenes de alta velocidad que levitan y dispositivos de imágenes médicas asequibles. El compuesto recién forjado conduce corriente sin resistencia a 21 grados Celsius (69,8 grados Fahrenheit) ya una presión de alrededor de 1 gigapascal. Eso sigue siendo mucha presión, aproximadamente 10 veces la presión en el punto más profundo de la Fosa de las Marianas, pero es más de 100 veces menos intensa que la presión requerida en experimentos anteriores con materiales similares.

“Si resulta ser correcto, posiblemente sea el mayor avance en la historia de la superconductividad”, dijo James Hamlin, físico de la Universidad de Florida que no participó en el trabajo. Si es cierto, dijo, "Es un descubrimiento trascendental, innovador y muy emocionante". Pero los incidentes relacionados con el trabajo anterior del equipo, que incluyen, entre otros, un reclamo de superconductividad a temperatura cercana a la temperatura al ambiente publicado en el año 2020 y retractado a fines del año pasado, han ensombrecido el anuncio de hoy. “Es difícil no preguntarse si algunos de los mismos problemas que no se abordaron en el trabajo anterior también existen en el nuevo trabajo”, dijo Hamlin.

Alcanzando todos los puntos de referencia

Durante más de un siglo, los científicos han sabido que enfriar la mayoría de los metales a temperaturas de unos pocos grados del cero absoluto provoca una metamorfosis espectacular. Alrededor de esta “temperatura crítica”, que varía de un material a otro, los electrones se aparean y forman una especie de fluido cuántico. Una vez que esto sucede, los electrones ya no rebotan en los átomos del material, interacciones que generan resistencia, lo que les permite fluir sin pérdida de energía.

El objetivo general de la investigación de la superconductividad desde entonces ha sido elevar la temperatura crítica.

Durante décadas, los físicos han hecho progresos incrementales, elevando constantemente la temperatura crítica al probar diferentes combinaciones de elementos. Una clase prometedora de materiales, conocida como hidruros, surgió en los últimos años. Los hidruros son compuestos que combinan el hidrógeno de peso pluma con átomos más pesados ​​como el azufre o los metales. Cuanto más hidrógeno, mejor para la superconductividad, creen los físicos. Los investigadores a veces agregan una capa de otros átomos, como el carbono o el nitrógeno, para modificar aún más sus propiedades. El primer hidruro superconductor, informado en el año 2015, alcanzó su transición alrededor de menos 70 grados centígrados y 155 gigapascales de presión (cerca de la mitad del núcleo de la Tierra). En tres años, el mismo grupo y otros ambos generaron aún más materiales de "superhidruro" ricos en hidrógeno que podrían superconducir hasta menos 13 grados centígrados y 190 gigapascales.

El Lutecio, un metal de tierras raras, se transformó en un superconductor a temperatura ambiente en la nueva investigación.

El nuevo estudio derriba todos los récords anteriores. Durante los últimos años, el equipo de Días ha trabajado en un superhidruro a base de lutecio. Para producir una muestra, el equipo bañaría una fina película de lutecio en un perfume de 99% de hidrógeno y 1% de nitrógeno mientras la horneaba durante unos días a 200 grados centígrados. Una celda de yunque de diamante comprimiría la muestra a 2 gigapascales de presión. Luego, el equipo aflojaría progresivamente el yunque mientras probaba la muestra en busca de propiedades superconductoras. Días dijo que, de los cientos de muestras producidas, pudieron observar la superconductividad en docenas de muestras incluso después de que la presión se redujo a aproximadamente 1 gigapascal.

Para demostrar la superconductividad, el equipo alcanzó tres puntos de referencia de libros de texto. A la temperatura crítica, mostraron una caída en la resistencia y un pico en una propiedad relacionada con la rapidez con que se calienta un material. El equipo también logró medir directamente la expulsión de un campo magnético de las muestras, una firma inequívoca de superconductividad llamada efecto Meissner que nunca se había demostrado de manera convincente en un superhidruro. Curiosamente, la muestra también cambió de color de azul a rosa y luego a rojo en sincronía con sus cambios de fase.

Los gráficos del artículo son exactamente lo que buscan los investigadores cuando prueban la superconductividad. La fuerte evidencia emociona a muchos científicos que han pasado décadas buscando materiales que puedan acercar el fenómeno a las condiciones cotidianas.

“Estoy muy emocionado de ver el resultado. Y no tengo ninguna duda de que lo que están observando es lo que es”, dijo Siddharth Saxena, físico de la Universidad de Cambridge que no participó en el nuevo trabajo. Eva ZUREK, química teórica de la Universidad de Buffalo que a menudo se comunica con el grupo de Rochester pero que tampoco participó en la investigación, dijo que un material superconductor en estas condiciones “afectaría cada aspecto de nuestra vida de formas que no podemos imaginar...” Hamlin está de acuerdo en que la demostración.

"Es un tour de force de cada tipo de medida que le gustaría ver en este material, produciendo exactamente el tipo de datos que espera ver".

Agradecimiento: Al Dr. Ranga Días investigador del laboratorio de la Universidad privada de Rochester en Nueva York. 

“Centro de Investigación Forense y Nuevas Tecnologías”

*Néstor Vidal, 22 años de experiencia en el campo de la Investigación Forense Técnica Científicas y de Nuevas Tecnologías, incluidos los mercados de automotriz, Biotecnología, Robótica, Inteligencia Artificial - “Centro de Investigación Forense y Nuevas Tecnologías” 

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