Hace tanto frío que no resisto: Superconductores.

La entrada invitada de hoy fue escrita por Fernando Alarcón: aspirante a ingeniero, científico de clóset. Apasionado por la electrónica y la buena música (irónicamente no electrónica). Half-time gamer y geek.

Los mayores descubrimientos de la ciencia o de cualquier ámbito suelen ser encontrados gracias a la curiosidad humana, al error o a la simple casualidad. Quizás no todo sea descubierto así, pero es divertido imaginarse lo primero. Ya por eso visualizo la escena perfectamente:

Un día se encontraba el físico Heike Karmelingh Onnes en su laboratorio trabajando con la licuefacción del Helio, hasta que un buen día logró la manera de poder transformar al Helio de su estado gaseoso al estado líquido. Ésta consistía en mantenerlo a una temperatura tan baja que obligaba pasar de su estado gaseoso al estado líquido. Fue entonces cuando se le ocurrió investigar las propiedades de la materia sumerguidas en este fluido, particularmente la resistividad electrónica de los metales.

Para esto le ordenó a su asistente de laboratorio que comenzara a realizar pruebas en distintos metales a diferentes temperaturas utilizando el Helio líquido para que la temperatura fuera bajando poco a poco. El asistente comenzó a realizar lo encomendado y al estar probando con el Mercurio descubrió que éste perdía su resistividad electrónica a partir de una temperatura de 4.2K (-268.95° C) al descubrir esto inmediatamente le fue a informar a Onnes sobres esto. Al escuchar esto Onnes se puso furioso, “¿Cómo iba hacer posible que el Mercurio perdiera completamente su resistividad al llegar a tal temperatura? ¡Este tipo me quiere tomar por tonto!” así pensó cuando escucho los resultados obtenidos por su asistente.

Entonces al ver que su asistente insistía que lo que le estaba presentando era completamente cierto Onnes desistió y acepto realizar las pruebas necesarias para comprobar que el descubrimiento de su asistente era cierto, cuando terminaron de realizar estas pruebas a Onnes no le quedó más remedio que reconocer que los resultados que su asistente había obtenido eran completamente ciertos, se quedó completamente anonadado ante este gran descubrimiento científico de el cual había sido testigo. Si un material es somete a temperaturas extremadamente bajas (cercanas al cero absoluto) presenta un resistividad nula entonces se diría que este material se ha convertido en un material superconductor.

En la actualidad escuchamos en las noticias científicas sobre estos dichososo superconductores. No obstante no son un descubrimiento nuevo, Onnes los descubrió alrededor de los años 1910, sin embargo no han sido estudiados profundamente e incluso hoy en día existen misterios al rededor de ellos que aún no hemos podido resolver. En ese momento la comunidad científica se asombró por el descubrimiento pero su estudio no avanzó si no hasta hace poco. Sin embargo su comportamiento es fascinante, y sus propiedades asombrosas. Echaremos un vistazo a su razón de ser e imaginaremos sus usos en un futuro a partir de los que ya en la actualidad son una realidad.

Quizás la pregunta de inicio será: ¿Qué es un superconductor? Suena como un simple juego de palabras, pero la razón etimológica explica su peculiar nombre. La palabra viene de conductor (palabra que proviene del verbo latino ducere (con-ducere), el cual proviene del indoeuropea deuk que significa arrastrar, guiar. En el sentido de un conductor eléctrico es aquel que permite que la electricidad fluya sobre si mismo) y el prefijo “super” que denota superioridad, mejoría sobre lo ordinario.

Entonces un superconductor es un conductor supremo, y lo que lo hace extraordinario es la peculiaridad de mostrar ninguna resistencia al fujo de electrones o electricidad. Ésto lo logran debido a que se encuentran a una temperatura extremadamente baja, casi cerca del cero absoluto. La explicación concreta de este fenómeno va más allá de la simple explicacion aquí propuesta, pero para una mayor comprensión se puede asociar la disminución de temperatura con una entropía menor, un movimiento menor de las moléculas del superconductor y por ende un menor roce o choque electrónico que permite un mejor flujo de electrones.

Otro fenomeno importante que muestran los superconductores es como se comportan en presencia de un campo electromagnético. Existe un fenómeno denominado Efecto Meissner que explica lo que sucede con estos materiales. Cuando el superconductor está a la temperatura adecuada, éste no deja que los campos electromagnéticos penetren y por lo tanto se puede dar una levitación del imán u objeto que cause el campo electromagnético. No falta el experimento en la feria de ciencias que demuestra este simple pero asombroso concepto. Basta un imán lo suficientemente fuerte y nitrógeno líquido para lograr que un metal repela al iman y se mantenga a flote.

Muestra de un imán levitando sobre un superconductor

Estas dos peculiares características hacen a estos materiales extremadamente útiles cuando se aplican en la tecnología, grandes planes se tienen para ellos algunos futuros y algunos ya hoy en día en práctica. Por ejemplo, la levitación magnética es aprovechada para elaborar medios de transporte llamados “Maglev” ( Maglev viene de Magnetic Levitation, que significa Levitación Magnética). Existen conceptos de trenes con vías de superconductores sobre los cuales el tren puede levitar y viajar a velocidades mucho mayores a las de un tren convencional debido al no contacto con los rieles.

Ejemplificación de como funciona un tren Maglev

Por su puesto que la propiedad de superconductividad también es una característica muy atractiva para ser utilizada en la tecnología de hoy. La velocidad de transferencia que una computadora tendría al utilizar materiales de superconductividad sería sorprendente. No obstante hoy en día la posibilidad de mantener temperaturas tan bajas dentro de una computadora con la tecnología con la que se cuenta es muy complicado.

En cuanto a aplicaciones existentes hoy en día, están los sensores SQUID, llamados así por sus siglas en inglés Superconductor Quantum Interference Device. Estos dispositivos detectan campos electromagnéticos pequeñísimos con gran precisión. Esta tarea la realizan gracias a la susceptibilidad de los superconductores a los campos electromagnéticos. Las aplicaciones prácticas de los sensores SQUID usualmente son en los campos de medicina en los que un estudio de campos electromagnéticos en el cuerpo resultan útiles.

Muchas aplicaciones surgen y surgirán en un futuro, una computadora cuyos circuitos internos estén formados de superconductores tendría una velocidad impresionante. Sin embargo como dicho antes el costo de mantener un material a tan baja temperatura (-270 grados centígrados) es muy alto, además de los posibles riesgos de contaminación que un refrigerador de éste tipo generaría. Por otro lado la tecnología es muy nueva, y su producción por ende es muy costosa. Las ventajas que los superconductores aportan son muy atractivas,, sin embargo se necesita que la investigación de estos materiales incremente y la tecnología necesaria para la implementación del los conceptos llegue. Ergo los superconductores son una herramienta en potencia.

Fuentes Bibliográficas / Para leer más

Dirk van Delft and Peter Kes “The discovery of superconductivity” http://ilorentz.org/history/cold/DelftKes_HKO_PT.pdf

Superconductividad http://www.cienciahoy.org.ar/hoy01/superconductividad.htm

 ¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD? http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/064/htm/sec_8.htm

Etimología de Conducir http://etimologias.dechile.net/?conducir

Superconductividad http://superconductor.8k.com/que_es.html

Superconducting Levitation http://www.mn.uio.no/fysikk/english/research/groups/amks/superconductivity/levitation/

Urban Maglev http://www.urbanmaglev.us/

500Kmh http://www.500kmh.com/

SQUID Sensors: “The Heart” of Biomagnetism http://www.ien.com/article/squid-sensors-the/520

Fuentes de imágenes

http://userwww.sfsu.edu/~art511_h/emerging10/SeanB_MagLevRoom/Research%20Website1/magnetic_levitation%20magnet.jpg

http://newsimg.bbc.co.uk/media/images/42118000/gif/_42118168_maglev_train_inf416x260.gif

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