Nuevo superconductor a temperatura ambiente ofrece prometedoras posibilidades

Un grupo de científicos anunció esta semana un avance prometedor para alcanzar el sueño de encontrar un material capaz de conducir electricidad sin esfuerzo alguno en condiciones cotidianas. Un descubrimiento así podría transformar prácticamente todas las tecnologías que empleen energía eléctrica y abrir nuevas posibilidades para nuestros teléfonos, trenes de levitación magnética y plantas eléctricas de fusión en el futuro.

Por lo regular, el flujo de electricidad encuentra resistencia a su paso por los cables, como una especie de fricción, que hace que parte de esa energía se pierda y se libere en forma de calor. Hace un siglo, algunos físicos descubrieron materiales, que ahora llamamos superconductores, cuya resistencia eléctrica parecía haber desaparecido por arte de magia. La pequeña dificultad era que estos materiales solo perdían la resistencia a temperaturas ultrafrías inimaginables, lo que limitaba sus aplicaciones prácticas. Por lo tanto, desde hace algunas décadas, varios científicos se han dedicado a buscar superconductores capaces de operar a temperatura ambiente.

El anuncio de esta semana se refiere al trabajo más reciente en este empeño; por desgracia, la actitud generalizada hacia el grupo responsable es de desconfianza, pues en 2020 difundió un artículo que describía un material superconductor prometedor menos práctico, y la revista se retractó de la publicación cuando otros científicos cuestionaron algunos de los datos.

El nuevo superconductor se construyó con lutecio, un metal de las tierras raras, además de hidrógeno combinado con un poco de nitrógeno. Debe comprimirse hasta una presión de 145.000 libras por pulgada cuadrada para adquirir sus cualidades de superconducción. Esa magnitud es aproximadamente 10 veces la presión experimentada en las fosas más profundas del océano.

Eso sí, es menos de una centésima parte de la presión indicada por el resultado de 2020, similar a las fuerzas apabullantes registradas varios miles de kilómetros por debajo de la superficie terrestre. Esto hace pensar que, con una investigación más detallada del material, sería posible crear un superconductor capaz de operar a temperatura ambiente y a la presión atmosférica usual de 14,7 libras por pulgada cuadrada (760 milímetros de mercurio).

“Es el principio de un nuevo tipo de material útil para aplicaciones prácticas”, señaló Ranga P. Dias, profesor de Ingeniería Mecánica y Física en la Universidad de Rochester en Nueva York, en una sala llena de científicos el 7 de marzo durante una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Las Vegas.

Una explicación más completa de los hallazgos de su equipo se publicó el 8 de marzo en Nature, la misma revista científica que publicó los hallazgos de 2020 y luego se retractó.

El equipo de Rochester comenzó con una lámina delgada y pequeña de lutecio, un metal blanco plateado que es uno de los elementos de las tierras raras más escasos, y lo presionó entre dos diamantes engarzados. A continuación, bombeó en la diminuta cámara un gas constituido por un 99 por ciento de hidrógeno y un 1 por ciento de nitrógeno hasta generar presiones elevadas. La muestra se calentó durante la noche a 65.55 grados Celsius y, después de 24 horas, se liberó la presión.

Aproximadamente en una tercera parte de las pruebas, el proceso produjo el resultado deseado: un pequeño cristal azul brillante. “No es tan fácil dopar con nitrógeno el hidruro de lutecio”, afirmó Dias.

En una de las salas de laboratorio de la Universidad de Rochester ocupadas por el grupo de Dias, Hiranya Pasan, estudiante de posgrado, demostró la sorprendente propiedad de cambio de tonalidad del material durante una visita de la prensa la semana pasada. Conforme se apretaron los tornillos para intensificar la presión, el color azul cambió a un tono rosado.

“Es muy rosa”, comentó Dias. A presiones todavía más altas, explicó, “adquiere un color rojo brillante”.

En el artículo, los investigadores informaron que los cristales rosas exhibían propiedades clave de los superconductores, como resistencia cero, a temperaturas de hasta 21 grados Celsius.

“Me siento optimista, con ciertas reservas”, afirmó Timothy Strobel, científico del Instituto Carnegie para la Ciencia en Washington, quien no participó en el estudio de Dias. “Los datos incluidos en el artículo son fabulosos”.

“Si es real, es un descubrimiento muy muy importante”, opinó Paul C.W. Chu, profesor de Física en la Universidad de Houston que tampoco participó en la investigación.

Sin embargo, la incertidumbre del “si” envuelve a Dias, pues algunos científicos que creen que fabricó parte de sus datos lo han bombardeado con cuestionamientos y críticas, incluso acusaciones. Ningún otro grupo de investigación ha reproducido los resultados del artículo publicado en 2020 en Nature, y los críticos de Dias consideran que ha tardado en permitirles a otros examinar sus datos o realizar análisis independientes de sus superconductores.

Los editores de Nature decidieron retractarse del artículo anterior el año pasado por objeciones sobre Dias y los otros autores.

“He perdido cierta confianza en el trabajo de ese grupo”, comentó James Hamlin, profesor de física en la Universidad de Florida.

No obstante, el nuevo artículo pasó el proceso de revisión de expertos en la misma revista científica.

Bajo presión

Heike Kamerlingh Onnes, físico danés, descubrió la superconductividad junto con su equipo en 1911. Los superconductores no solo conducen electricidad con resistencia eléctrica prácticamente nula, sino que también tienen la extraña capacidad conocida como efecto Meissner, que garantiza la expulsión del campo magnético del interior del material.

Los primeros superconductores conocidos necesitaban temperaturas apenas unos cuantos grados por arriba del cero absoluto, o menos 273,15 grados Celsius. En los años ochenta, los físicos descubrieron los llamados superconductores de alta temperatura, pero incluso estos adquirían las características de superconducción en condiciones mucho más frígidas que las observadas en el uso diario.

La teoría estándar que explica la superconductividad predice que el hidrógeno debe ser un superconductor a temperaturas más elevadas si se somete a suficiente presión. Pero incluso el más resiliente de los diamantes se rompe antes de alcanzar presiones de esa magnitud. Los científicos empezaron a probar el hidrógeno combinado con otro elemento, con base en la premisa de que los enlaces químicos quizás ayudarían a comprimir los átomos de hidrógeno.

En la investigación descrita en el artículo retractado de 2020, el grupo de Dias utilizó hidrógeno, azufre y carbono. Con tres elementos, indicaron los científicos, pudieron ajustar las propiedades electrónicas del compuesto para alcanzar una temperatura de superconducción más elevada.

Por desgracia, no todos creyeron que era posible.

El principal antagonista de Dias es Jorge Hirsch, físico teórico de la Universidad de California, San Diego. Hirsch se concentró en las medidas que tomó el grupo de Dias de la respuesta del compuesto de carbono-azufre-hidrógeno a campos magnéticos en oscilación, prueba del efecto de Meissner. La descripción del artículo parecía demasiado perfecta, además de que los científicos no explicaron cómo habían retirado los efectos ambientales en el relato.

Hirsch aseveró que, cuando Dias dio a conocer los datos crudos en que se había basado, su análisis indicaba que se había generado con una fórmula matemática y en realidad no podía medirse en un experimento. “A partir de una medida no obtienes fórmulas analíticas”, sostuvo Hirsch. “Obtienes números con contaminación”.

Sus quejas sobre Dias fueron tan persistentes y estridentes que otras figuras del campo hicieron circular una carta en la que se quejaban de décadas de comportamiento perturbador de Hirsch.

Hirsch le lleva la contra a todo lo que puede y trae entre ojos la teoría BCS, ideada en 1957 por tres físicos —John Bardeen, Leon N. Cooper y J. Robert Schrieffer— para explicar el funcionamiento de la superconductividad. En su opinión, BCS es una “mentira” en muchos sentidos, incapaz de explicar el efecto de Meissner. Ha propuesto su propia explicación alternativa.

En especial, Hirsch ha dicho que no puede haber superconductividad en ninguno de estos materiales de alta presión porque el hidrógeno no puede ser un superconductor. Se ha sumado algunos aliados.

Gracias a que el nuevo material a base de lutecio es superconductor a presiones mucho más bajas, muchos otros grupos de investigación podrán intentar reproducir el experimento. Dias afirmó que quería ofrecer una receta más precisa para elaborar el compuesto y compartir muestras, pero primero es necesario resolver algunos problemas en materia de propiedad intelectual. Fundó una empresa llamada Unearthly Materials que planea transformar la investigación en utilidades.

Strobel dijo que comenzaría a trabajar a su regreso de la conferencia en Las Vegas. “Podemos tener un resultado literalmente en un día”, aseguró.

Hirsch también indicó que esperaba obtener respuestas pronto. “Si esto es cierto, demostrará que mi trabajo de los últimos 35 años es erróneo”, dijo. “Me daría gusto, porque así estaría seguro”.

“Pero creo que yo estoy en lo correcto y su estudio está mal”, añadió Hirsch.

c.2023 The New York Times Company