Una de las cosas más interesantes sobre la exploración espacial es cuántas tecnologías tienen un impacto en nuestra capacidad para llegar más lejos. Las nuevas tecnologías que quizás no se utilicen de inmediato en el espacio pueden tener un impacto profundo a largo plazo. Los superconductores, o materiales que no tienen ninguna resistencia eléctrica, son una de las tecnologías que tienen el potencial de cambiar las reglas del juego.
Una de las cosas más interesantes sobre la exploración espacial es cuántas tecnologías tienen un impacto en nuestra capacidad para llegar más lejos. Las nuevas tecnologías que quizás no se utilicen de inmediato en el espacio pueden tener un impacto profundo a largo plazo. Por otro lado, todos saben que algunas tecnologías cambiarán el juego de inmediato. Los superconductores, o materiales que no tienen ninguna resistencia eléctrica, son una de las tecnologías que tienen el potencial de cambiar las reglas del juego.
Sin embargo, los obstáculos para su uso práctico han limitado su aplicabilidad a un subconjunto relativamente pequeño de aplicaciones, como dispositivos de formación de imágenes por resonancia magnética y aceleradores de partículas . Pero ahora se ha superado otro obstáculo importante para el uso generalizado de superconductores: un laboratorio de la Universidad de Rochester (UR) acaba de desarrollar uno que funciona casi a temperatura ambiente. La gran advertencia es que tiene que estar bajo una presión similar a la del núcleo de la Tierra.
El superconductor que desarrolló el laboratorio UR, dirigido por el Dr. Ranga Dias, se basa en el hidrógeno. Si bien ese puede no parecer un lugar intuitivo para buscar un material que no tenga ninguna resistencia, los compuestos de hidrógeno han estado durante mucho tiempo en la hoja de ruta de los superconductores. En el pasado, los investigadores se han concentrado en encontrar "hidruros", o combinaciones de hidrógeno con otro material, para encontrar una mezcla que pudiera ser superconductora a altas temperaturas, aunque con presiones extremadamente altas.
Lo que hizo el laboratorio de UR que fue novedoso fue agregar un tercer elemento a la mezcla: carbono. El carbono se mezcló con sulfuro de hidrógeno, que ya estaba bien establecido como un buen superconductor de “alta temperatura”. Al igual que con muchos experimentos científicos revolucionarios, esta combinación les obligó a probar pequeños ajustes para encontrar un sistema que funcionara. En este caso, cada uno de esos ajustes podría resultar bastante caro.
El componente más importante de la mezcla de materiales es el hidrógeno. Agregue muy poco hidrógeno y no obtendrá una respuesta superconductora. Agregue demasiado y el material solo se superconducirá a presiones que no se pueden alcanzar en el laboratorio. La clave es encontrar un punto óptimo, donde el material se superconducirá a presiones que se pueden lograr con una herramienta conocida como yunque de diamante. Ese yunque, aunque puede crear las presiones más altas conocidas por el hombre, también es propenso a romperse si se rompe su límite de presión. Cada uno cuesta más de $ 3000, por lo que es probable que los estudiantes graduados que realizaron el trabajo tuvieran muchas noches de insomnio calculando el costo literal de sus fracasos.
Sin embargo, al final lo lograron. El material que se les ocurrió es capaz de superconducir a una temperatura de 15 grados Celsius, y a 267 GPa, el 75% de los 330 GPa presentes en el núcleo de la Tierra. Afortunadamente, esa presión no rompe constantemente sus yunques de diamantes.
Sin embargo, a una presión tan alta, eso significa que este material específico no se puede utilizar para ninguna aplicación comercial. Sin embargo, aún queda mucho por aprender. Una característica clave del material que aún no se ha descubierto es su estructura de la red cristalina. La estructura de la red es un componente importante para comprender cómo se superconduce algo. El hidrógeno metálico es notoriamente difícil de sondear en busca de la estructura de la red, ya que es demasiado pequeño para aparecer en las técnicas tradicionales. Esta falta de comprensión hace que sea imposible conocer la formulación química exacta del material que se formó cuando el compuesto se sometió a una presión tan alta.
El carbono podría ser la clave para eliminar la necesidad de esa presión. Las estructuras de red formadas con carbono son muy estables en comparación con los enlaces ligeros que forma el hidrógeno. Si los científicos de materiales pueden aprovechar esa estructura de carbono de una manera que permita que los electrones se muevan libremente a presiones más bajas, podría conducir a un superconductor de presión y temperatura ambiente.
Mientras tanto, teóricos y experimentales estarán en una carrera para desarrollar nuevas ideas y materiales basados en estos hallazgos. Casi todos los artículos del periódico tienen citas entusiastas de investigadores especialistas que no formaban parte del trabajo original. Cuando los científicos se unen para elogiar el trabajo de sus colegas, es una buena señal de que se ha alcanzado un verdadero hito. Con un poco más de trabajo y después de 100 años de investigación, finalmente podríamos aplicar completamente materiales superconductores en la exploración espacial y más allá.
Mas información: E. Snider, et al. “Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride“. Nature 586 (2020): 373-377. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z
Nota original: universe today