Uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad es la eficiencia energética. La creciente demanda de energía y los efectos del cambio climático han llevado a la comunidad científica y tecnológica a buscar soluciones innovadoras que revolucionen la forma en que producimos y utilizamos la electricidad. Entre estas soluciones, hay una especialmente prometedora: la superconductividad.
La superconductividad es un fenómeno que ocurre cuando ciertos materiales, a bajas temperaturas, alcanzan una resistencia eléctrica cero. Esto significa que la electricidad puede fluir a través de ellos sin pérdidas, permitiendo la transmisión y el almacenamiento de energía de manera eficiente. Sin embargo, durante décadas, este avance tecnológico ha estado limitado por una restricción significativa: la necesidad de condiciones extremadamente frías para lograr la superconductividad.
Los materiales superconductores conocidos solo adquieren esta propiedad a temperaturas criogénicas, lo que implica el uso de costosos sistemas de enfriamiento que consumen mucha energía. Esto ha dificultado su implementación en aplicaciones prácticas a gran escala y ha restringido su utilidad en la mejora de la eficiencia energética global.
Desde hace décadas se viene buscando un material superconductor que funcione a temperatura y presión ambientales, es decir en el rango de temperaturas que podríamos encontrar sobre la superficie terrestre y a una presión similar a la atmosférica. Un material así revolucionaría la ciencia y la industria para siempre: líneas de transmisión eléctrica sin pérdidas, motores eléctricos con una eficiencia cercana al 100%, sistemas de almacenamiento de energía altamente eficientes y dispositivos electrónicos ultraeficientes.
La superconductividad se descubrió en sustancias que apenas superaban el cero absoluto. Cuando Heike Onnes descubrió este fenómeno el 8 de abril de 1911, lo hizo utilizando una muestra de mercurio a unos 4 K de temperatura. Desde entonces se han desarrollado materiales que presentan superconductividad a “alta temperatura”. A pesar de recibir este nombre, son materiales que necesitan enfriarse hasta los 100 K (aproximadamente -170 ºC) para presentar superconductividad. Otros materiales han mostrado esta propiedad a temperaturas mucho mayores, por encima de los 250 K, pero requerían presiones millones de veces la presión atmosférica a nivel del mar.
Es por todo esto que el anuncio reciente proveniente de dos investigadores surcoreanos del descubrimiento de un material que mostraba superconductividad a temperatura y presión ambientales pilló a toda la comunidad científica por sorpresa. Este equipo, liderado por Sukbae Lee y Ji-Hoon Kim, del Quantum Energy Research Centre en Seúl publicó el pasado 25 de julio el hallazgo de un material que contiene cobre, plomo, fósforo y oxígeno, denominado posteriormente LK-99. Este material sería superconductor a presión ambiental y a temperaturas hasta al menos 127 ºC, bastante por encima de lo que podríamos llamar “temperatura ambiental”.
Desde la publicación, varios equipos de todo el mundo han intentado recrear el material y poner a prueba su supuesta superconductividad. Los primeros resultaros no tardaron en llegar y un equipo indio, del Laboratorio de Física Nacional de India en Nueva Delhi y un equipo chino, de la universidad de Beihang en Pekín, aseguraban haber sintetizado el material LK-99 aunque ninguno de ellos observó signos de superconductividad. Un tercer equipo de Nanjing, en China, midieron una resistencia muy baja, próxima a cero, a temperaturas de unos 110 K. Esta temperatura está muy lejos de ser ambiental, pero aún así sería bastante alta para un material superconductor.
También han proliferado las investigaciones teóricas. Estas utilizan la teoría DFT (Density functional theory) que en español recibiría el nombre de Teoría del funcional de la densidad. Esta teoría permite hacer cálculos sobre la estructura electrónica de la materia y es ampliamente utilizada en las investigaciones de materia condensada y de ciencia de materiales. Estas simulaciones han encontrado propiedades del material LK-99 (tal y como lo describieron los investigadores surcoreanos) que podrían sugerir ferromagnetismo y superconductividad, aunque estos estudios no son capaces de afirmar si el material presentaría superconductividad bajo condiciones ambientales.
Uno de estos estudios teóricos ha mostrado la presencia de “flat bands”, que mostrarían que los electrones del material están altamente correlacionados unos con otros. Estas flat bands suelen ir acompañadas de física interesante, lo que podría explicar el interés despertado por esta simulación. Sin embargo este resultado no implica superconductividad para LK-99.
Por supuestos estos anuncios en respuesta al estudio original también han venido con sus propias críticas. Por un lado parece ser que el material manufacturado por los diferentes equipos no coincide con el material original, lo cual podría impedirnos ver comportamientos genuinos de superconductividad. Además se ha argumentado que incluso aunque este material tuviera las propiedades prometidas, no necesariamente implicaría la revolución tecnológica que muchos han asegurado. Para ello, este material además de ser superconductor bajo condiciones ambientales deberá ser relativamente fácil y barato de producir, además de tener las propiedades mecánicas necesarias para poder sustituir a los materiales cotidianos. Todo esto parece incluso más complicado que la propia superconductividad.
Todo este desarrollo, desde las primeras reacciones a la publicación del estudio original hasta los diferentes intentos de reproducción y las simulaciones teóricas ha despertado un gran interés en redes, especialmente en Twitter, donde una creciente comunidad de entusiastas ha llevado a este tema incluso a ser trending topic. Sin embargo, la ciencia no se hace en twitter y cualquier resultado esclarecedor deberá pasar por los procedimientos de revisión y corrección habituales de la ciencia. Dada la importancia que podría tener el descubrimiento de un material que presentara superconductividad a temperatura y presión ambientales, estos procedimientos son especialmente importantes en esta ocasión.
Referencias:
- Dan Garisto, 2023, Claimed superconductor LK-99 is an online sensation — but replication efforts fall short, Nature 620, 253, doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-02481-0
