Desvelar el comportamiento de los superconductores de alta temperatura
La superconductividad podría ayudar a Europa a mejorar la eficiencia energética y desarrollar nuevas y emocionantes aplicaciones. Al no haber resistencia al flujo eléctrico, la energía no se pierde (como por ejemplo ocurre actualmente en la transmisión de energía de las centrales eléctricas a los hogares) y hace técnicamente viables conceptos de vanguardia como los trenes de levitación magnética.
Propiedades de los materiales superenfriados
La superconductividad se descubrió hace más de cien años. La resistencia de un metal se debe a la vibración de los átomos que lo componen: a medida que los materiales se enfrían, estas vibraciones se hacen cada vez más pequeñas. «En este caso, hay que tener en cuenta la escala de temperatura absoluta», explica el coordinador del proyecto CATCH-22(se abrirá en una nueva ventana), Nigel Hussey de la Universidad de Bristol(se abrirá en una nueva ventana) (Reino Unido). «El punto de congelación del agua —cero grados Celsius— se sitúa en torno a los 273 grados Kelvin. El cero absoluto es cero grados Kelvin, el punto en que los átomos dejan de vibrar por completo. Lo más destacable de los superconductores es que el estado de resistencia cero se alcanza a temperaturas finitas, es decir, mientras los átomos siguen vibrando. Al final, son estas mismas vibraciones las que promueven la superconductividad». Sin embargo, durante décadas hubo un consenso general en que existía una temperatura máxima a la que los materiales eran superconductores: unos 30 grados Kelvin. Para enfriar estos materiales por debajo de esta temperatura, se requería helio líquido, que es muy caro.
Propiedades superconductoras a altas temperaturas
Sin embargo, en los años ochenta del siglo pasado se descubrió una clase de compuestos (denominados «cupratos») con propiedades superconductoras por encima de este umbral. La manipulación de compuestos para lograr la superconductividad a hasta 130 grados Kelvin significa que se puede utilizar nitrógeno líquido (muchas veces más barato que el helio líquido) para enfriar dichos materiales, lo que podría permitir el desarrollo de superconductores más económicos. Esa es la clase de compuestos en que se centró el proyecto CATCH-22. El mecanismo que subyace a esta superconductividad sigue siendo uno de los grandes misterios de la física. Con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), el proyecto pretendía explorar —y explicar— el comportamiento de estos superconductores de alta temperatura. El proyecto se centró en estos materiales en su estado metálico —es decir, antes de convertirse en superconductores— para comprender mejor cómo evoluciona la resistencia y, en particular, qué ocurre con los electrones móviles.
Hacia una nueva teoría de la superconductividad
Para lograrlo, Hussey y su equipo emplearon campos magnéticos elevados, láseres de electrones libres y pulsos de corriente intensos para obtener más información sobre este estado metálico. «Identificamos una clara correlación entre la resistencia de un material en su estado metálico y lo alta que es su temperatura superconductora», afirma Hussey. «Los superconductores de alta temperatura son más resistentes, pero cuando los enfriamos, esa resistencia desaparece». El proyecto también aportó la primera prueba de una relación directa entre la temperatura de transición superconductora y la fuerza de acoplamiento a lo que se denominan «fluctuaciones de espín». La idea es que, en vez de ser los átomos vibrantes los que dictan la resistencia, la clave está en los electrones giratorios. «Es evidente que existe alguna interacción o propiedad adicional de los electrones que potencia la superconductividad, y es aquí donde surge lo extraño», señala Hussey. «La conclusión es que aún no sabemos qué es, pero ahora sabemos dónde buscar». El proyecto CATCH-22 ha permitido avanzar considerablemente en el desarrollo de una nueva teoría que explica el comportamiento de esos superconductores de alta temperatura. «Ahora el objetivo es trabajar con teóricos inteligentes y desarrollar experimentos inteligentes para llegar a este punto», añade Hussey.
