Resistencia cero, levitación magnética y la revolución tecnológica que viene
Selecciona un material y ajusta la temperatura para ver si entra en estado superconductor.
En estado superconductor, el material expulsa completamente el campo magnético exterior (expulsión de flujo), haciendo levitar cualquier imán colocado encima.
× T ≥ Tc: El campo magnético penetra el material. Sin levitación.
En un superconductor, los electrones forman pares (pares de Cooper) a través de la interacción con la red cristalina: un electrón deforma levemente la red de iones positivos, creando una zona de carga positiva que atrae al segundo electrón.
Un par de Cooper no sufre dispersión por impurezas o vibraciones: viaja sin pérdida de energía.
Los pares tienen espín entero y forman un condensado macroscópico cuántico: todos en el mismo estado.
Los pares tienen una energía de enlace (gap). Las perturbaciones térmicas por encima de Tc rompen los pares.
Los imanes superconductores de los escáneres MRI usan Nb-Ti a 4K con helio líquido. Generan campos de 1.5–3 T. Sin superconductividad, los MRI serían imposibles.
1.232 dipolos superconductores a 1.9K, más frío que el espacio exterior. Generan 8.3 T para doblar los protones en el túnel de 27 km.
El SCMaglev japonés batió el récord mundial de velocidad terrestre: 603 km/h (2015) usando superconductores de Nb-Ti refrigerados con helio.
Superconducting Quantum Interference Device: el detector de campos magnéticos más sensible conocido. Detecta el campo magnético del cerebro humano.
Las redes eléctricas actuales pierden ~6% en transmisión. Cables superconductores de alta Tc eliminarían esas pérdidas por completo.
El reactor de fusión internacional usa 18 imanes superconductores de Nb₃Sn que generan 11.8 T. Sin ellos, contener el plasma a 150 millones de grados es imposible.
Los qubits superconductores (Google, IBM, Intel) operan a ~15 mK. Son el tipo de qubit más avanzado en la actualidad.
El Santo Grial. Si se logra a presión normal (actualmente solo funciona a megabares), transformaría completamente la civilización humana.
De Onnes (1911) a los superconductores de temperatura ambiente (2019)
Heike Kamerlingh Onnes, en Leiden, enfrió mercurio a 4.2 K usando helio líquido (que él mismo había licuado por primera vez ese año) y observó que la resistencia caía abruptamente a cero. Lo llamó «conductividad supramaestral». Premio Nobel en 1913.
Walther Meissner y Robert Ochsenfeld descubrieron que los superconductores no solo tienen resistencia cero, sino que expulsan activamente el campo magnético del interior del material. Esta es la característica definitoria de la superconductividad, más fundamental que la resistencia cero.
John Bardeen, Leon Cooper y John Robert Schrieffer explicaron por primera vez la superconductividad convencional: los electrones cerca del nivel de Fermi forman pares correlacionados (pares de Cooper) a través de la interacción electrón-fonón (vibración de la red). Estos pares tienen espín entero y forman un condensado cuántico macroscópico. Premio Nobel en 1972.
Johannes Georg Bednorz y K. Alex Müller descubrieron superconductividad en cerámicas de cobre-óxido (cupratos) a 35 K. Un año después, el equipo de Wu y Chu logró YBCO a 93 K, superando el punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K). Esto hizo la superconductividad asequible industrialmente. Premio Nobel en 1987 para Bednorz y Müller.
Mikhail Eremets y Aleksander Drozdov lograron superconductividad en H₂S a 203 K (-70 °C) bajo una presión de 155 GPa. En 2019, LaH₁₀ alcanzó 250 K (-23 °C). El desafío: estas condiciones requieren millones de atmósferas de presión, inviables tecnológicamente.
Después de casi 40 años, la superconductividad de alta Tc en los cupratos no tiene una teoría microscópica completa aceptada. La teoría BCS no explica satisfactoriamente el mecanismo. Es uno de los grandes problemas abiertos de la física condensada.