Un laboratorio estadounidense desvela los secretos de los superconductores que garantizan que no se pierda energía
Los investigadores consideran que los avances obtenidos con los experimentos forman parte de un proceso a largo plazo
Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés) es uno de los centros de investigación científica y de ingeniería más importantes del país norteamericano. Se centra en la energía limpia, computación avanzada (incluida la inteligencia artificial), ciencia de materiales y seguridad nacional. Alberga el superordenador AURORA, utilizado para simulaciones complejas e IA, desarrolla baterías avanzadas, motores más eficientes y asegura la protección de infraestructuras críticas y ciberseguridad.
Un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne ha dado un paso importante para superar una de las limitaciones más críticas de los superconductores. La mayoría solo funcionan a temperaturas extremadamente bajas (a menudo, cientos de grados bajo cero), limitando su uso. Los investigadores han obtenido nuevos conocimientos sobre los superhidruros; una nueva clase de materiales que pueden volverse superconductores a temperaturas mucho más altas, alrededor de -12 grados Celsius.
La investigación no solo fue realizada por investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, sino que se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Illinois en Chicago, la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Una herramienta clave en el proceso fue la Fuente Avanzada de Fotones (APS) mejorada, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE en Argonne.
La actualización del APS fue clave para avanzar en la investigación
Los superhidruros están compuestos mayormente de hidrógeno, unido en una estructura ordenada (cristal) por un pequeño número de átomos metálicos. Cuando están sometidos a temperaturas muy altas, pueden conducir corriente eléctrica sin resistencia. Ya en un estudio de 2018, investigadores demostraron que un superhidruro a base de lantano podía ser superconductor cerca de los -13 ºC.
El inconveniente de este superhidruro era que solo funcionaba a presiones equivalentes a las del interior de la Tierra, lo que lo hacía muy poco práctico fuera de las pruebas de laboratorio. En un estudio mucho más reciente, Russell Hemley y sus compañeros exploraron si modificar la composición química del material podría reducir la presión necesaria para la superconductividad.
Añadiendo una pequeña cantidad de itrio al superhidruro de lantano, lograron hacerlo más estable y disminuir la presión requerida. "Para alcanzar estas presiones extremas, comprimimos una pequeña muestra entre dos diamantes", explicó Maddury Somayazulu, físico de la APS. El dispositivo de yunque de diamante del equipo puede generar presiones de hasta cinco millones de atmósferas.
La reciente actualización del APS fue clave para avanzar en la investigación, ya que sin él no hubiera sido posible realizar las mediciones oportunas. Concentraron un haz de rayos X intenso sobre una muestra de tan solo unos pocos micrómetros de espesor y entre diez y veinte micrómetros de ancho. Este haz de rayos X más brillante y enfocado permitió a los investigadores estudiar muestras extremadamente más pequeñas mientras variaban la presión.
Ese haz nos permitió separar las señales provenientes de la pequeña muestra en sí, en contraposición a las que provenían de los materiales circundantes y los yunques de diamante
Los investigadores consideran que los avances obtenidos con los experimentos forman parte de un proceso a largo plazo, ya que todavía se requieren presiones muy altas (aproximadamente 1,4 millones de veces la presión atmosférica). Se están añadiendo más elementos para reducir aún más la presión con el objetivo de que estos materiales sean prácticos.