Un paso más cerca de comprender la superconductividad a altas temperaturas

Transportar energía sin ninguna pérdida, viajar en trenes que levitan magnéticamente, realizar imágenes médicas (IRM) con equipos de pequeña escala: todas estas cosas podrían ser ciertas si tuviésemos materiales superconductores que funcionasen a temperatura ambiente. Hoy, investigadores del CNRS han dado otro paso adelante en el camino que lleva a este objetivo final. Han revelado la naturaleza metálica de una clase de material llamado superconductor de alta temperatura. Este resultado, que probablemente se publicará en el número del 31 de mayo de 2007 de la revista Nature, ha sido ansiosamente esperado durante 20 años. Ésto pavimenta el camino hacia la comprensión de este fenómeno y hace posible contemplar su descripción teórica completa.

La superconductividad es un estado de la materia caracterizado por una resistencia eléctrica de cero e impermeabilidad a un campo magnético. Por ejemplo, actualmente se usa en fotografía médica (dispositivos IRM), y podría encontrar aplicaciones espectaculares en el transporte y almacenamiento de energía eléctrica sin pérdida, el desarrollo de sistemas de transporte basados en la levitación magnética, comunicación sin cables e incluso computadores cuánticos. Sin embargo, por ahora, tales aplicaciones están limitadas por el hecho de que la superconductividad sólo se da a temperaturas muy bajas. De hecho, sólo una vez que se desarrolló la forma de conseguir helio líquido, lo que requiere temperaturas de 4,2 kelvins (-269 °C), se pudo descubrir la superconductividad, en 1911 (un descubrimiento que fue galardonado con el Premio Nobel dos años más tarde).

Desde finales de los años 80 (Premio Nobel en 1987), los investigadores han tratado de obtener materiales superconductores de “alta temperatura”: algunos de estos compuestos pueden hacerse superconductores usando simplemente nitrógeno líquido (77 K, o -196 °C). El récord de temperatura crítica (la temperatura de transición de fase bajo la cual se produce la superconductividad) es hoy de 138 K (-135 °C). Esta nueva clase de superconductores, que son más baratos y fáciles de usar, han dado nuevos ímpetus en la carrera por encontrar unas temperaturas críticas incluso más altas, con el objetivo final de obtener materiales superconductores a temperatura ambiente. Sin embargo, hasta ahora los investigadores se han visto frenados por algunas preguntas fundamentales. ¿Qué causa la superconductividad a escalas microscópicas? ¿Cómo se comportan los electrones en dichos materiales?

Experimento de levitación magnética. El coche contiene dos discos hechos de YBa2Cu3O7, un material superconductor de temperatura crítica alta enfriado por nitrógeno líquido. El camino, compuesto de imanes, produce un campo magnético que no pueden penetrar en el coche. Es exactamente como si el campo magnético fuese un corriente de aire extremadamente fuerte que eleva al coche del suelo. Dado que no hay fricción, con un pequeño empujón ponemos al coche en movimiento (indefinidamente) a lo largo de la carretera. © J. Billette – CNRS 2007 (estas imágenes pueden obtenerse en la biblioteca fotográfica de CNRS (photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr)

Los investigadores del Laboratorio Nacional para Campos Magnéticos Pulsantes, trabajando junto a investigadores de Sherbrooke, han observado “oscilaciones cuánticas”, gracias a su experiencia en el trabajo con campos magnéticos intensos. Sometieron sus muestras a campos magnéticos de hasta 62 Teslas (un millón de veces más potente que el campo magnético de la Tierra), a muy baja temperaturas (entre 1,5 K y 4,2 K). El campo magnético destruye el estado de superconductor, y la muestra, ahora en un estado normal, muestra una oscilación de su resistencia eléctrica en función del campo magnético. Tal oscilación es característica de los metales: significa que, en las muestras que se estudiaron, los electrones se comportaban de la misma forma que en los metales corrientes.

Los investigadores fueron capaces de usar este descubrimiento, que ha sido ansiosamente esperado durante 20 años, para mejorar su comprensión de la superconductividad a temperatura crítica alta, lo que hasta ahora había resistido todos lo intentos de moderlala. El descubrimiento ha servido para ordenar muchas teorías que surgieron para explicar el fenómeno, y proporciona una base firme sobre la cual construir una nueva teoría. Hará posible diseñar materiales más eficientes, con temperaturas críticas más cercanas a la temperatura ambiente.


Referencias:
Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor, Nicolas Doiron-Leyraud, Cyril Proust, David LeBoeuf, Julien Levallois, Jean-Baptiste Bonnemaison, Ruixing Liang, D. A. Bonn, W. N. Hardy, Louis Taillefer, Nature, 31 May 2007, Vol 447, pp 565-568.
Autor: Claire Le Poulennec
Fecha Original: 30 de mayo de 2007
Enlace Original

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