Un supermaterial promete generar una revolución energética

un supermaterial promete generar una revolucion energetica
un supermaterial promete generar una revolucion energetica
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Investigadores desvelaron un supermaterial que prueba una propiedad que se ha buscado por demasiado tiempo: superconducción a temperatura ambiente.

Se acaba de lograr un nuevo hito notable en la búsqueda de la superconductividad. Por vez primera, los físicos han logrado el flujo sin resistencia de una corriente eléctrica a temperatura ambiente: unos 15 grados Celsius (59 grados Fahrenheit) positivamente suaves.

Esto ha roto el récord anterior de -23 grados Celsius (-9.4 grados Fahrenheit) y ha llevado la perspectiva de la superconductividad funcional un vasto paso adelante.

Ranga Dias, físico de la University of Rochester, manifestó en un comunicado de prensa:

“Debido a los límites de la baja temperatura, los componentes con propiedades tan extraordinarias no han transformado el planeta de la forma que bastantes podrían haber imaginado .en cambio, nuestro hallazgo romperá estas barreras y abrirá la puerta a múltiples aplicaciones potenciales”.

Superconductividad

La superconductividad se reveló por vez primera en 1911 y desde por lo tanto se ha transformado en un objetivo fervientemente perseguido en la física de la materia condensada.

Consta de dos propiedades clave. La primera es la resistencia cero. por norma general, el flujo de una corriente eléctrica encuentra algún grado de resistencia, un poco como la resistencia del aire empuja hacia atrás un objeto en movimiento, como ejemplo. Cuanto mayor es la conductividad de un material, menor resistencia eléctrica posee y la corriente puede fluir con mayor libertad.

El segundo es algo denominado efecto Meissner, en el que se expulsan los campos magnéticos del material superconductor. Esto obliga a las líneas del campo magnético a desviarse alrededor del material. Si se coloca un pequeño imán permanente sobre un material superconductor, la fuerza repulsiva de estas líneas de campo magnético hará que levite.

Imán levitando sobre un material superconductor. Para experimentar los efectos de la superconductividad es necesario enfriar la muestra a muy bajas temperaturas. Crédito: Wikimedia Commons / Peter nussbaumer (CC BY-SA 3.0)

Las aplicaciones potenciales de la superconductividad podrían revolucionar nuestro planeta, desde el transporte de levitación magnética hasta la transferencia de datos y las redes eléctricas sin pérdidas. Pero hay un vasto inconveniente.

Los componentes superconductores normalmente solo se crean y mantienen a temperaturas exageradamente bajas, muy por debajo de las que se localizan en la naturaleza. Mantener los componentes a estas temperaturas es complicado y costoso, lo que ha comprobado ser una barrera práctica para una implementación más amplia.

Hace poco, los físicos han tenido éxito en elevar la temperatura en elementos livianos, como el sulfuro de hidrógeno y el hidruro de lantano. El elemento común es el hidrógeno, el elemento más ligero de la naturaleza. Pero el hidrógeno como gas es un aislante; para convertirlo en superconductor, necesita metalizarse bajo enormes presiones.

Dias manifestó:

“Para tener un superconductor de alta temperatura, se precisan enlaces más fuertes y elementos ligeros. Esos son los dos criterios muy básicos. El hidrógeno es el material más ligero y el enlace de hidrógeno es uno de los más fuertes. Se teoriza que el hidrógeno metálico sólido posee una alta temperatura de Debye y un fuerte acoplamiento electrón-fonón que es necesario para la superconductividad a temperatura ambiente”.

Un supermaterial promete generar una revolución energéticaEl laboratorio de superconductividad. Crédito: Adam Fenster

Dado que el hidrógeno metálico puro solo se puede crear bajo una presión extrema, las circunstancias adecuadas son exageradamente difíciles de lograr. Dos equipos han informado encima del éxito en su creación en los últimos años.

En 2017, los físicos reportaron hidrógeno metálico a presiones entre 465 y 495 gigapascales y temperaturas de 5.5 Kelvin (-267.65 ° C; -449.77 ° F). En 2019, físicos reportaron hidrógeno metálico a presiones de 425 gigapascales y temperaturas de 80 Kelvin (-193 ° C; -316 ° F). Ninguno de ellos está cerca de la temperatura ambiente. Y, como mención, la presión en el núcleo de la Tierra está entre 330 y 360 gigapascales.

La siguiente mejor opción es un metal rico en hidrógeno, como el sulfuro de hidrógeno y el hidruro de lantano utilizados en experimentos previos. Estos imitan las propiedades superconductoras del hidrógeno metálico puro a presiones demasiado más bajas.

Supermaterial

Por lo tanto, un equipo de físicos guiado por Elliot Snider de la University of Rochester empezó a experimentar. Primero, intentaron combinar el hidrógeno con itrio para concebir superhidruro de itrio. Este material exhibió superconductividad a -11 grados Celsius (12 grados Fahrenheit) bajo 180 gigapascales de presión.

A continuación, Snider y su equipo intentaron combinar carbono, azufre e hidrógeno para concebir hidruro de azufre carbonoso. Exprimieron una reducida muestra en un yunque de diamante y midieron su superconductividad. Y lo consiguieron, a 270 gigapascales y 15 grados Celsius.

evidentemente, aun está lejos de ser utilizable en las circunstancias cotidianas. Los tamaños de las muestras eran microscópicos, entre 25 y 35 micrones, y la presión a la que emergió la superconductividad aun no era práctica.

Un supermaterial promete generar una revolución energéticaUn imán flota sobre un superconductor enfriado con nitrógeno líquido. Crédito: J. Adam Fenster / Univ. Rochester

El siguiente paso en la investigación será intentar reducir la alta presión necesaria ajustando la composición química de la muestra. Si pueden obtener la mezcla correcta, los expertos admiten que un superconductor a temperatura ambiente y presión ambiental al final estará a nuestro alcance.

Ashkan Salamat de la University of Nevada, Las Vegas y coautor de la investigación, manifestó en un comunicado:

“Con este tipo de tecnología, podemos llegar a ser una sociedad superconductora donde jamás más necesitarás cosas como baterías”.

Los descubrimientos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.