¿Están progresando los superconductores de alta temperatura?

Cuando los materiales conducen la electricidad, parte de la energía se desperdicia en forma de calor. Esta pérdida se conoce como resistencia. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, algunos materiales no tienen ninguna resistencia. Estos materiales se denominan superconductores, y su eficiencia para transportar electricidad y generar campos magnéticos los hace cruciales en aplicaciones como las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM) y el sistema de tren de levitación magnética superrápido de Japón.

Los científicos vieron que un material perdía brevemente su resistencia eléctrica a temperatura ambiente cuando se pulsaba con un láser. Su estructura se ilustra aquí.

Pero estos superconductores convencionales deben enfriarse con helio líquido a aproximadamente -270 °C, lo cual es costoso y limita dónde se pueden usar. Los superconductores de alta temperatura, fabricados por primera vez en la década de 1980, se vuelven superconductores a aproximadamente -135 °C, lo que permite procesos de enfriamiento más prácticos que utilizan nitrógeno líquido. Estos materiales podrían tener beneficios de mayor alcance, como entregar más energía a las ciudades y proporcionar almacenamiento de energía para sus redes (consulte Imanes superconductores para almacenamiento a escala de red). También podrían reducir en gran medida el tamaño de los generadores de energía eólica y podrían usarse en supercomputadoras.

Los superconductores de alta temperatura se han demostrado en algunas aplicaciones de nicho, incluido un cable que alimenta energía a Long Island (consulte Una red más robusta para Manhattan) y en un barco de la Marina de los EE. UU. Una empresa de servicios públicos de Chicago está considerando cables superconductores que proporcionan 10 veces tanta potencia como cables de cobre del mismo tamaño. Podrían ayudar a reducir los cortes de energía, porque pueden mover rápidamente la energía entre las subestaciones en cantidades que freirían los equipos tradicionales.

Pero los materiales más nuevos están limitados porque son difíciles de fabricar. Los científicos todavía están tratando de aprender más sobre cómo funcionan estos superconductores de alta temperatura, con el objetivo de crear algún día materiales que tengan estas propiedades a temperatura ambiente. Ha habido algunos avances recientes en el campo.

Calentando

Físicos en Hamburgo Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia mostró que un superconductor de alta temperatura sometido a pulsos de un láser infrarrojo perdía su resistencia eléctrica a temperatura ambiente. Los pulsos de láser parecieron cambiar átomos en la red cristalina del material cerámico, dicen los científicos en un estudio. Naturaleza carta. Este cambio se observó solo durante una billonésima de segundo, pero podría dar a los científicos más pistas sobre cómo hacer superconductores que funcionen a temperaturas más altas.

En el Universidad del Sur de California , los científicos han ensamblado un grupo de átomos de aluminio que mostró superconductividad a −173 °C en lugar de −272 °, que se necesita para convertir el aluminio típico en un superconductor. La investigación fue publicada en Nano letras el 28 de enero.

Más experimentos

Debido a que los científicos no saben exactamente qué hace que los materiales actúen como superconductores de alta temperatura, el proceso de encontrar nuevos ha sido difícil. En junio pasado, científicos de la Universidad de Cambridge descubrieron que la superconductividad en estos materiales proviene de bolsas de electrones retorcidas. Los detalles se describen en una carta de julio en Naturaleza . La universidad facilita una foto de estos bolsillos y más información sobre el estudio aquí.

Trabajando con científicos en Japón, Taiwán y Escocia, los investigadores de la Universidad de Cornell describen cómo pudieron haber encontrado el huella dactilar de actividad característica en los electrones en superconductores de hierro de alta temperatura. Los científicos describen este enfoque teórico en un Física de la naturaleza carta.

Al mismo tiempo, algunos descubrimientos plantean contratiempos para los científicos. en un Física de la naturaleza artículo, por ejemplo, los investigadores de Stanford explican cómo descubrieron un comportamiento inesperado en un material de óxido de cobre. un video animado espectáculos lo que encontraron

Materiales más fuertes

Algunos de los superconductores de alta temperatura actuales pueden transportar tanta corriente que generan campos magnéticos 100 veces más potentes que un imán de nevera. El material debe poder contener la fuerza de ese campo magnético, o de lo contrario explotará. En junio pasado, ingenieros de la Universidad de Cambridge, la Universidad Estatal de Florida y Boeing batió un récord de 2003 por la fuerza de una fuerza magnética que podría quedar atrapada dentro de un superconductor. Los resultados fueron detallados en Ciencia y tecnología de superconductores .

La comida para llevar:

Las continuas preguntas sobre por qué los materiales se convierten en superconductores de alta temperatura han dificultado el diseño de nuevos que sean más prácticos de fabricar y usar. Michael Norman, miembro distinguido del Laboratorio Nacional de Argonne, describió recientemente la investigación sobre superconductores de alta temperatura a lo largo de los años en un Naturaleza revisión. Ayuda a mostrar por qué el objetivo final de desarrollar un superconductor a temperatura ambiente está muy lejos.

¿Tienes una gran pregunta? Envíe sugerencias a [email protected].

esconder