Descubrimiento de la Superconductividad en Nuevos Materiales
La versión original de esta historia apareció en Quanta Magazine. En 2024, se descubrió la superconductividad—el flujo de corriente eléctrica sin resistencia—en tres materiales distintos. Dos de estos casos amplían la comprensión tradicional del fenómeno, mientras que el tercero la desgarra por completo. “Es una forma extremadamente inusual de superconductividad que mucha gente habría dicho que no es posible,” afirmó Ashvin Vishwanath, un físico de la Universidad de Harvard que no participó en los descubrimientos.
La Fascinación por la Superconductividad
Desde 1911, cuando el científico holandés Heike Kamerlingh Onnes observó por primera vez que la resistencia eléctrica desaparecía, la superconductividad ha cautivado a los físicos. Existe el misterio puro de cómo ocurre: el fenómeno requiere que los electrones, que transportan la corriente eléctrica, se emparejen. Los electrones se repelen entre sí, ¿cómo pueden unirse? Luego está la promesa tecnológica: ya se han desarrollado máquinas de resonancia magnética y colisionadores de partículas gracias a la superconductividad. Si los físicos pudieran entender completamente cómo y cuándo surge el fenómeno, quizás podrían diseñar un cable que conduzca electricidad bajo condiciones cotidianas en lugar de exclusivamente a bajas temperaturas, como ocurre actualmente. Tecnologías que podrían cambiar el mundo—como redes eléctricas sin pérdidas y vehículos levitando magnéticamente—podrían surgir de este avance.
Revolución en la Ciencia de Materiales
La reciente racha de descubrimientos ha complicado el misterio de la superconductividad y ha incrementado el optimismo. “Parece ser que la superconductividad está en todas partes en los materiales,” dijo Matthew Yankowitz, un físico de la Universidad de Washington. Los descubrimientos provienen de una reciente revolución en la ciencia de materiales: los tres nuevos casos de superconductividad surgen de dispositivos ensamblados a partir de capas planas de átomos. Estos materiales muestran una flexibilidad sin precedentes; con solo tocar un botón, los físicos pueden cambiarlos entre comportamientos conductores, aislantes y otros más exóticos—una forma moderna de alquimia que ha potenciado la búsqueda de la superconductividad.
La Teoría de los Pares de Cooper
Ahora parece cada vez más probable que diversas causas puedan dar origen al fenómeno. Así como las aves, las abejas y las libélulas vuelan utilizando diferentes estructuras de alas, los materiales parecen emparejar electrones de diferentes maneras. Aunque los investigadores debaten exactamente qué está sucediendo en los diversos materiales bidimensionales en cuestión, anticipan que el creciente zoológico de superconductores les ayudará a lograr una visión más universal del atractivo fenómeno.
El caso de las observaciones de Kamerlingh Onnes (y la superconductividad observable en otros metales extremadamente fríos) se resolvió finalmente en 1957. John Bardeen, Leon Cooper y John Robert Schrieffer descubrieron que a temperaturas bajas, la agitación del reticulado atómico de un material se calma, permitiendo que efectos más delicados se hagan evidentes. Los electrones tiran suavemente de los protones en el reticulado, atrayéndolos hacia adentro para crear un exceso de carga positiva. Esa deformación, conocida como un fonón, puede luego atraer a un segundo electrón, formando un “par de Cooper.” Los pares de Cooper pueden unirse en una entidad cuántica coherente de una manera que los electrones solitarios no pueden. La sopa cuántica resultante se desliza sin fricción entre los átomos del material, que normalmente obstaculizan el flujo eléctrico.
La teoría de superconductividad basada en fonones de Bardeen, Cooper y Schrieffer les valió el premio Nobel de física en 1972. Pero resultó no ser toda la historia. En la década de 1980, los físicos encontraron que cristales llenos de cobre llamados cúpratos podían superconductar a temperaturas más altas, donde las vibraciones atómicas eliminan los fonones. Otros ejemplos similares siguieron.
Fuente y créditos: www.wired.com
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