Los superconductores a temperatura ambiente, un paso más cerca

En 1979, un tren japonés superó los 500 km/h durante un recorrido de prueba. ¿Cómo fue posible esta proeza hace ya 35 años? Se trataba de un maglev, es decir, de un transporte de levitación magnética que utiliza electroimanes basados en un principio cuántico: la superconductividad. Gracias a ella el vehículo flota sobre la vía, por lo que se elimina la fricción, aunque requiere tanta energía que estos trenes no están muy extendidos.

La superconductividad es un fenómeno cuántico por el que ciertos materiales son capaces de conducir electricidad sin resistencias ni pérdidas energéticas. “Esto evita que se pierda energía en forma de calor, como ocurre con conductores normales como el cobre, por lo que contribuye al ahorro energético”, explica la investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Elena Bascones.

No sólo se ahorra energía, porque los superconductores también pueden transportar una densidad de corriente superior a la del cobre, según asegura Bascones. Esta característica tiene una amplia gana de aplicaciones, como la creación de los electroimanes de trenes de alta velocidad como los de Japón.

Estos imanes superconductores también pueden emplearse en los aparatos de resonancia magnética de los hospitales, y en aceleradores de partículas como los del CERN. “También se podrían lograr cables que transporten electricidad sin gastar energía”, explica Bascones, “y limitadores de corriente que eviten los cortocircuitos asociados a los picos de corriente”.

Pero este fenómeno, que tiene lugar en elementos tan comunes como el estaño y el aluminio, sólo se produce en unas condiciones muy determinadas: cuando el posible superconductor alcanza una temperatura cercana al cero absoluto. Y que el material deba estar a unos -273⁰C dificulta el uso de superconductores.

“Hasta ahora no se conoce ningún material que sea superconductor por encima de -140⁰C, con toda la complicación y el coste que esto supone”, explica Bascones. Por este motivo su uso real es, de momento, mucho más limitado de lo que podría serlo en un futuro.

En la década de los 80 se descubrieron los superconductores de alta temperatura, basados en materiales cerámicos. Por ejemplo el YBCO (óxido de itrio bario cobre), capaz de conducir la corriente eléctrica sin resistencia ni pérdidas a unos -200⁰C. Este material sería muy prometedor para construir los motores y generadores en el futuro: "Serían mucho más ligeros y pequeños, útiles para molinos de viento y vehículos como barcos", explica Bascones.

Un bocadillo molecular y el rayo-X más potente del mundo

Estos -200⁰C, o incluso los -140⁰C a los que se han podido volver materiales en superconductores, es una temperatura más práctica y fácil de conseguir que aquellas cercanas al cero absoluto, pero sigue siendo demasiado baja. En 2013, un equipo de investigadores logró que el YBCO se volviera superconductor a temperatura ambiente, por un brevísimo período de tiempo, al ser irradiado pulsos de láser infrarrojos.

El mecanismo por el que se obró está hazaña era desconocido para los científicos. Hasta este mes, cuando el mismo equipo logró desentrañar el misterio. El descubrimiento fue publicado en la revista Nature a principios de diciembre.

Todo fue posible gracias a un experimento con el láser de electrones libres de la Universidad de Stanford, la máquina de rayos-X más potente del mundo. "Gracias a esta máquina pudimos observar la estructura precisa del YBCO al ser expuesta a los pulsos infrarrojos", explica el autor principal del estudio, Roman Mankowsky.

La estructura del YBCO es similar a un bocadillo: capas dobles de óxido de cobre se alternan con otras intermedias de bario, cobre y oxígeno. La superconducción se debe a la doble capa de óxido de cobre.

El experimentod e Mankowsky reveló que el pulso infrarrojo aumenta temporalmente el grosor de la capa doble unos dos picómetros, a la vez que la capa interior se hace más delgada en la misma proporción. Este cambio casi imperceptible es suficiente para que el YBCO se transforme en superconductor a temperatura ambiente durante unos breves picosegundos.

Bascones explica que si se lograra tener superconductores a temperatura ambiente de forma estable se evitaría tener que enfriarlos. De esta forma, muchas de sus aplicaciones estarían un paso más cerca de ser realidad,