Imagina un mundo en el que trenes de levitación ultrarrápidos se desplazan entre destinos; la energía eólica del mar del Norte y la energía solar del Sahara alimentan la red eléctrica de Nueva York; aeronaves eléctricas sin emisiones de carbono surcan los cielos, y equipos portátiles de resonancia magnética realizan exploraciones junto a la cama del paciente. Materiales asombrosos conocidos como superconductores pueden hacer posibles estos y otros avances revolucionarios impulsados por efectos cuánticos.
¿Qué diferencia a los superconductores?
Cuando la electricidad fluye por metales normales, los electrones chocan entre sí y contra las paredes de la estructura cristalina por la que se desplazan, y pierden cada vez más energía cuanto más lejos viajan. Pero en algunos materiales extraordinarios conocidos como superconductores, al enfriarlos por debajo de una temperatura superconductora característica, los electrones se emparejan y se funden en una enorme onda cuántica que fluye entonces en movimiento coherente, sin perder absolutamente nada de energía.
Este comportamiento exótico dista mucho de ser una mera construcción teórica. Los imanes superconductores, en los que la corriente superconductora fluye sin pérdidas por un solenoide para crear un campo magnético, son omnipresentes en la vida cotidiana: forman el recinto de exploración de las máquinas de resonancia magnética y el enorme anillo de 27 km de longitud del acelerador de partículas del Gran Colisionador de Hadrones, cerca de Ginebra. Ya se utilizan tramos de cables superconductores de transmisión eléctrica en redes eléctricas de todo el mundo, como en Essen, Alemania.
Los superconductores ofrecen alta tensión y gran eficiencia
En un mundo de posibilidades, los superconductores serán un elemento omnipresente en la transmisión de energías alternativas. Nuestros actuales cables de transmisión de corriente alterna (CA) pierden demasiada energía y son demasiado inestables para transportar electricidad a distancias de varios cientos de metros, desde zonas marinas y desiertos donde se produce energía alternativa hasta las zonas urbanas donde más se consume; es aquí donde la corriente continua (CC) de alta tensión y los cables superconductores de transmisión eléctrica sin pérdidas pueden tener el mayor impacto.
Además de buscar formas de diseñar mejores cables de transmisión eléctrica con los superconductores que funcionan actualmente a las temperaturas más altas conocidas (que siguen siendo increíblemente bajas) —la familia de los superconductores de óxido de cobre—, necesitamos encontrar nuevas familias de superconductores con temperaturas superconductoras aún más altas.
La brecha cuántica
Diseñar nuevos superconductores ha resultado ser un desafío, dado que todavía no entendemos la física cuántica que explica cómo funciona la actualmente mejor conocida familia de superconductores de óxido de cobre. La necesidad más apremiante es comprender la física cuántica subyacente a esta familia y encontrar diversas formas de diseñar nuevos superconductores.
Nuestro método para diseñar nuevos superconductores consiste en partir de materiales que están a punto de volverse superconductores —hay varios—, a menudo con propiedades magnéticas, un carácter casi aislante y una estructura cristalina alargada (de baja dimensionalidad), y luego someterlos a altas presiones. Presionamos diminutos cristales de materiales seleccionados entre las puntas de yunques de diamante, hasta alcanzar presiones superiores a las que ejerce la punta de un zapato de tacón de aguja, cercanas a las del fondo del océano.
Al aplicar presión a determinados materiales no superconductores, observamos una transformación que los convierte en nuevos materiales superconductores, casi como por alquimia cuántica. Este método ya ha permitido alcanzar temperaturas superconductoras superiores a 200 grados Kelvin (alrededor de -73 °C), y se espera que permita obtener nuevas y fascinantes familias de materiales superconductores.
De cara al futuro, buscamos diseñar muchas más familias diversas de superconductores, con el objetivo último de obtener incluso superconductores a temperatura ambiente. Esto nos situará firmemente en la senda hacia una transformación de las perspectivas energéticas mundiales.
