Los superconductores son materiales que tienen la capacidad de conducir la electricidad sin resistencia ni pérdida de energía cuando se enfrían por debajo de una cierta temperatura. Esta temperatura se llama temperatura crítica y varía según el tipo y la composición del material.
Los superconductores también tienen una propiedad magnética muy especial: son perfectamente diamagnéticos, es decir, que repelen los campos magnéticos y no los dejan penetrar en su interior. Esto se conoce como efecto Meissner y permite que los superconductores puedan levitar sobre imanes.
El descubrimiento de la superconductividad
La superconductividad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, quien observó que la resistencia eléctrica de una muestra de mercurio desaparecía al enfriarla a 3,6 K (– 269,6 °C).
Desde entonces, se han encontrado muchos otros materiales que presentan este fenómeno, como el estaño, el aluminio, el plomo y diversas aleaciones metálicas y semiconductores dopados. Sin embargo, la mayoría de estos materiales tienen temperaturas críticas muy bajas, lo que dificulta su uso práctico.
Cómo se produce la superconductividad
Para explicar por qué se produce la superconductividad, los físicos John Bardeen, Leon Cooper y Bob Schrieffer desarrollaron en 1957 la teoría BCS, que les valió el premio Nobel de Física en 1972. Según esta teoría, cuando un material se enfría por debajo de la temperatura crítica, los electrones que fluyen por él forman pares llamados pares de Cooper, que se comportan como bosones y pueden ocupar el mismo estado cuántico. Estos pares de Cooper se mueven sin resistencia a través del material gracias a la interacción con las vibraciones de la red cristalina o fonones.
Los superconductores se pueden clasificar en dos tipos según su comportamiento frente a los campos magnéticos externos.
Los superconductores tipo I son elementos puros que presentan el efecto Meissner completo y expulsan totalmente el campo magnético. Sin embargo, si el campo magnético externo supera un valor crítico, el material deja de ser superconductor y pasa a ser normal.
Los superconductores tipo II son aleaciones o compuestos que presentan un efecto Meissner parcial y permiten que el campo magnético penetre en forma de vórtices o fluxones. Estos materiales pueden mantener la superconductividad hasta un valor más alto del campo magnético externo.
Todo un mundo de posibilidades
Los superconductores tienen muchas aplicaciones potenciales en diversos campos como la medicina, la informática, la energía o el transporte. Por ejemplo, se pueden usar para fabricar imanes muy potentes para resonancias magnéticas nucleares o aceleradores de partículas, para crear dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes como los qubits o los SQUID, para transmitir energía eléctrica sin pérdidas ni emisiones contaminantes o para construir trenes de levitación magnética que puedan alcanzar altas velocidades.
Sin embargo, uno de los mayores retos de la investigación en superconductividad es encontrar materiales que puedan ser superconductores a temperaturas más altas y cercanas a la ambiente.
Estos materiales se llaman superconductores de alta temperatura y se descubrieron por primera vez en 1986. Desde entonces, se han logrado avances significativos y recientemente se ha creado un material que tiene una temperatura crítica de 14,5 °C. Sin embargo, estos materiales son muy complejos y no se entienden bien los mecanismos que provocan la superconductividad en ellos.
Los superconductores son, por tanto, materiales fascinantes que prometen revolucionar la ciencia y la tecnología con sus propiedades extraordinarias. Aunque todavía hay muchos misterios por resolver y desafíos por superar, los avances en este campo son constantes y esperanzadores.
