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Prefacio:

Antes de nada, comentar que este artículo es una transcripción de un trabajo mío de revisión de la literatura para la asignatura de Electrotecnia. Así, mi trabajo base consistía en las aplicaciones futuras de la superconducción, pero dado que es preferible primero hacer una introducción histórica para ponerse en contexto, y que luego aún queda todo el desarrollo de las aplicaciones futuras (que era el objeto de este trabajo), he decidido partirlo en dos publicaciones, amenizando así la lectura.

Introducción:

Con la mejora incesable de la tecnología en el campo de la electrónica de potencia, las nuevas formas de generación de energía eléctrica, además de las frenéticas velocidades que se les exigen a los medios de transporte para desplazar a millones de personas en tiempo récord han obligado a buscar alternativas que, además, sean mucho más eficientes en lo que a consumo se refiere, ya que el cambio climático es sin duda otro factor que en la actualidad no se puede obviar.

Todo esto y otros factores, como por ejemplo en lo relativo a mediciones mucho más precisas de efectos cuánticos, astronómicos o incluso del crecimiento de la industria de la fusión nuclear, han llevado a los científicos y físicos a acelerar los estudios sobre superconducción en los últimos años. Se comenzará tocando los avances en aleaciones con estado superconductor a temperaturas relativamente altas y pasará a tratarse directamente con las aplicaciones en vistas al futuro que la mejora en este sector implicaría, siendo unas aplicaciones mucho más inmediatas y otras un tanto más lejanas o incluso de “ciencia ficción”, a expensas de que, como diría Arthur C. Clarke: “Cualquier tecnología suficientemente desarrollada es indistinguible de la magia“.

Fig. 1: Hyperloop, una posible aplicación futura de la superconducción

El desarrollo de los superconductores de alta temperatura:

La industria de la superconducción se encuentra buscando nuevos campos de aplicación pero, antes de nada, cuenta con un problema fundamental: se siguen precisando temperaturas excesivamente altas (del orden de los 150 K) para que el material posea el estado superconductor. De esta forma, es importante destacar primero los avances en superconductores en las últimas décadas.

En primer lugar, se sabe a ciencia cierta que la revolución en la superconducción se concibió en torno al año 1986, cuando Johannes Georg Bednorz y Alexander Müller descubrieron que determinados cerámicos presentaban el estado superconductor a temperaturas muy superiores que con los materiales anteriormente utilizados (por ejemplo, el primer superconductor descubierto, en 1911 por Heike Onnes: el mercurio refrigerado por helio líquido).

De esta forma, comenzó una auténtica carrera en los diferentes laboratorios y universidades del mundo (principalmente en el centro de Europa y en Estados Unidos), probando con materiales cerámicos y elevando poco a poco esta temperatura, pasando por el YBCO (óxido de itrio-bario-cobre), con temperatura crítica superconductora de 77K, se esperaba que se contase con una mejora a modo exponencial en la producción de este superconductor, que contaba con 3 etapas: etapa superconductora, etapa intermedia y el sustrato y que, con una resina específica, incrementaba en un factor de 10 la resistencia mecánica, necesaria teniendo en cuenta que se podían alcanzar campos magnéticos del orden de las decenas o centenas de teslas, algo enormemente grande en términos de esfuerzos electrodinámicos para un cable corriente.

Fig. 2: Comparación de superconductores

Como se puede ver en la Figura 2, los superconductores no convencionales permitieron una clara mejoría. Siguiendo en el estudio de estos materiales, llegando a la cifra de los 138K de temperatura crítica con el óxido de cobre, mercurio, talio, bario y calcio y que, dado que el nitrógeno líquido se encuentra en venta en litros a un precio similar al de la leche ordinaria, no sería una mala opción como refrigerante, pero que cuenta con el inconveniente de que el transporte de portadores dura tan solo unas fracciones de segundo. Por otra parte, el equipo del químico ruso Artem Oganov buscan encontrar un patrón en los actínidos que permita mejorar estas deficiencias.

Otra nota interesante, es la del grupo de Jarillo-Herrero, investigador español en el MIT, que ha descubierto una curiosa propiedad del grafeno en unas condiciones muy específicas: si se disponen los átomos de este, en vez de en capas alineadas como se estaba haciendo siempre, en capas de 1.1º (el ángulo mágico, como le llama el propio equipo), conseguimos que a temperaturas de 1,7K se comporte como un aislante.

En cambio, si se le inyecta una pequeña densidad de corriente, empieza a comportarse como un total superconductor. De ahí el apodo de mágico, dado que nunca aantes se había conseguido un comportamiento binario en tanto a conductividad, y de forma controlable.

Este proyecto financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia de EEUU y la fundación de Gordon y Betty Moore (el cofundador de intel y autor de la famosa Ley de Moore) es para el especialista en grafeno Frank Koppens uno de los mejores trabajos que ha visto en el campo.

*Por cierto, quien no la conozca le invito a buscar acerca de la Ley de Moore, es realmente curiosa su historia.

Por último, destacar un artículo de la revista Science muy reciente, disponible en la biografía, donde se ha conseguido un superconductor a la temperatura de 203K (temperatura mucho más alta que las anteriores), el H_2S, con el inconveniente de que es a un a presión de 150 GPa.

Fue un gran descubrimiento el poder lograr superconductores también a partir de derivados de hidruros, si se someten a grandes presiones. De momento habrá que esperar, pues son presiones demasiado elevadas para la aplicación inmediata.

  • Ante todo, puede verse que pese a la revolución que supusieron los superconductores no convencionales (o de alta temperatura), se necesita un escalón mayor en cuanto a temperaturas de superconducción se refiere para poder llegar a ser mucho más útiles, tanto económica como técnicamente hablando, y permitir llegar a las aplicaciones futuras que se comentarán en el siguiente artículo. Así, como diría Elon Musk: “Todavía hay mucho espacio para la mejora” .

PD: Me gustaría que dejaseis en los comentarios si preferís que los artículos que sean bastantes largos y sea viable partirlos, se publiquen en diferentes tomos, o si preferís uno largo y compacto.


AUTOR

Manuel Ferreira Lorenzo

Estudiante de Ingeniería en Tecnologías Industriales,

Málaga

Bibliografía:

  • Grafeno y el ángulo mágico
  • PHYSICS. Squeezing into superconductivity, de Viktor Struzhkin
  • Future of IT, PT and superconductivity technology, de Shoji Tanaka

Puntuación
Votos: 3 Promedio: 5
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