Ciencia de materiales
¿Son Posibles los Superconductores a Temperatura Ambiente? QMUL Dice que Sí
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Limitaciones de la Superconductividad
Electricidad ha sido una de las tecnologías más transformadoras de la historia, permitiendo la transmisión de una forma de energía muy útil a largas distancias. Pero todo sistema eléctrico “normal” enfrenta resistencia eléctrica, lo que genera calor cuando se aplica una corriente eléctrica.
Existe una alternativa: los llamados materiales superconductores. Los materiales superconductores tienen una resistencia eléctrica nula, lo que permite usar corrientes extremadamente potentes sin generar calor.
Sin la superconductividad, gran parte de la tecnología moderna no sería posible, incluidos los aceleradores de partículas (por ejemplo, el CERN), la resonancia magnética (MRI) y los trenes de levitación magnética.
La superconductividad será un componente crucial de los megaprojectos y innovaciones tecnológicas más prometedores, como ITER y fusión nuclear, impulsores de masa, ordenadores cuánticos, etc.
Las líneas eléctricas sin pérdidas también podrían ser cruciales para desarrollar conexiones de red ultra largas que ayuden a amortiguar la producción de energías renovables frente a condiciones climáticas y zonas horarias, resolviendo algunas de las limitaciones de la energía solar y eólica.
Fuente: XOT Metals
Sin embargo, la superconductividad se ha dominado hasta ahora solo en materiales que la presentan a temperaturas ultrabajas, apenas unos pocos grados por encima del cero absoluto. O a presiones extremadamente altas. O ambas.
Esto la hace no solo demasiado compleja para cualquier aplicación que no sea de las más exigentes (levitación magnética, MRI, etc.), sino también muy costosa, lo que la vuelve poco económica para muchas aplicaciones que podrían beneficiarse del material superconductor o de cualquier uso a gran escala.
Muchas Rutas hacia la Superconductividad
Ahora parece que el material producido bajo alta presión podría conservar parte de su superconductividad a presiones más bajas mediante un método experimental llamado protocolo de enfriamiento por presión (PQP).
Recientemente, la capa doble retorcida de WSe₂ (tungsten selenio) pareció ser también una buena candidata material para superconductores de mayor temperatura.
Otra nueva clase de superconductores potenciales, los níquelatos de capa doble, también podrían haberse añadido a la lista este año.
El problema de encontrar nuevos materiales que sean superconductores a temperaturas más altas es que realmente no comprendemos cómo funciona. Esto es aún más cierto para la superconductividad a alta temperatura o a temperatura ambiente. Durante un tiempo, se consideró totalmente imposible.
Luego surgió el caso desconcertante de LK-99 (una forma de apatita de plomo sustituida por cobre – CSLA), potencialmente un nuevo tipo de superconductor a presión ambiente y temperatura ambiente. La afirmación fue inmediatamente contestada y criticada como un fraude o un error de medición, pero luego otros investigadores descubrieron que podría estar ocurriendo algo después de todo.
Nuevos avances en física teórica, realizados por investigadores de la QMUL (Queen Mary University of London), la Universidad de Cambridge e Intellectual Ventures, podrían arrojar luz sobre cómo los superconductores a temperatura ambiente podrían ser posibles después de todo.
Publicaron sus resultados1 en el Journal of Physics: Condensed Matter, bajo el título “Límites superiores de la frecuencia de fonón más alta y la temperatura superconductora a partir de constantes físicas fundamentales”.
Comprendiendo el Límite de TC
Cada material superconductor se define por un valor llamado TC (Temperatura Crítica). Para la mayoría de los materiales con comportamiento superconductor, TC está apenas a unos pocos grados por encima del cero absoluto.
Sin embargo, esta nueva investigación continuó explorando cuáles serían los límites teóricos de TC.
Ese límite está determinado por fuerzas y constantes fundamentales del Universo, como la masa del electrón, la carga del electrón y la constante de Planck.
Este trabajo demuestra que estas constantes “establecen un límite superior para la frecuencia de los fonones en fases de materia condensada, o cuán rápidamente puede vibrar un átomo en estas fases”. Esto, a su vez, determina el rango inferior y superior del posible TC ya que los fonones median la temperatura superconductora que puede existir.
Límites Superior e Inferior para TC
Las matemáticas y la física de partículas usadas para determinar qué TC es posible o no son bastante complejas y están fuera del alcance de los no especialistas. Solo para dar un ejemplo del propio artículo científico en su introducción:
“En nuestros cálculos de teoría del funcional de densidad (DFT), utilizamos métodos similares a nuestro artículo anterior. Esto incluye el uso del funcional de intercambio‑correlación Perdew–Burke–Ernzerhof, un corte de energía de 1200 eV y una malla de puntos k con un espaciado de 2π×0.025Å−1 para muestrear la zona de Brillouin electrónica.”
Para simplificar, el modelo desarrollado por los investigadores investiga cuán alta puede ser la frecuencia de oscilación de un átomo en sólidos o líquidos.
Esto establecería el límite superior para la superconductividad TC entre 100 y 1 000 K, o -173,15 a 726 °C / -279 a 1340 °F. Esto colocaría la superconductividad, al menos en teoría, perfectamente factible a temperaturas ambiente.
Coloca firmemente la temperatura ambiente en la zona posible donde la superconductividad es factible, cambiando radicalmente nuestra percepción anterior de que la superconductividad a temperatura ambiente era una imposibilidad teórica.
Comprensión Más Profunda del Universo
Los resultados ya han sido confirmados de forma independiente en un estudio separado, confirmando que este análisis teórico más detallado probablemente coincida con la realidad física.
Esto debería estimular enormemente el campo de la investigación en superconductividad, ya que ahora existe un marco teórico que explica mejor por qué los superconductores a temperatura ambiente son posibles.
“Este descubrimiento nos indica que la superconductividad a temperatura ambiente no está descartada por las constantes fundamentales. Da esperanza a los científicos: el sueño sigue vivo.”
Profesor Pickard – Profesor de Física en la Universidad de Cambridge
Una comprensión más profunda de cómo se comporta la materia condensada a nivel de partículas también debería producir resultados en otros campos, como la ciencia de materiales, la electrónica o la física de plasmas.
Aplicaciones Futuras
Los superconductores a temperatura ambiente serían un material maravilloso inmediato si se comprendieran lo suficientemente bien para fabricarlos a escala.
El primer efecto inmediato sería reducir el costo del equipo que ya utiliza la superconductividad, como MRI, trenes de levitación magnética, turbinas y generadores avanzados, aceleradores de partículas, reactores de fusión experimental, etc.
También haría posible una tecnología que hasta ahora o no se podía realizar en absoluto o era prohibitivamente cara debido a las limitaciones técnicas de los superconductores a bajas temperaturas.
Esto incluye trenes hyperloop, impulsores de masa para alcanzar la órbita, fusión nuclear comercial, conexiones de red intercontinentales, etc. Cada una de estas tecnologías alteraría para siempre el rumbo de la civilización humana.
Líderes en Soluciones de Superconductividad
AMSC Gráfico de precios
AMSC es una empresa que ofrece soluciones energéticas para la red eléctrica, los buques y la energía eólica. En general, cuanto más hambriento de energía o masivo sea un sistema, más requiere tecnología superconductora para evitar el sobrecalentamiento.
A pesar de su nombre, ASMC no solo proporciona sistemas superconductores sino también, por ejemplo, transmisiones de engranajes para turbinas eólicas.
La empresa se beneficia de múltiples impulsores de crecimiento, desde la tendencia de electrificación y digitalización (incluidos los centros de datos de IA), hasta la relocalización de capacidades manufactureras en EE. UU. y la necesidad de que las armadas del mundo anglosajón se modernicen en respuesta a los crecientes riesgos geopolíticos.
En el segmento de suministro eléctrico, AMSC ha experimentado un aumento constante en los pedidos. Esto se ha impulsado por fábricas de semiconductores que buscan protegerse de las fluctuaciones de la red eléctrica, ayudar a la red a gestionar la naturaleza intermitente de las energías renovables y el suministro de energía y controles en sitios industriales.
En el segmento de turbinas eólicas, AMSC está mayormente activo con el Sistema de Control Eléctrico (ECS). Históricamente, ESC fue un segmento fuerte para la empresa con turbinas eólicas de 2 MW, pero ha ido disminuyendo progresivamente. AMSC apunta a una recuperación gracias al nuevo diseño de turbina de 3 MW, con un enfoque especial en el mercado indio.
Fuente: American Superconductor Corporation
Para buques militares, ASMC ofrece el “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure”, un sistema para alterar la firma magnética de los buques y protegerlos de minas marinas. Se vende a las armadas de EE. UU., Canadá y Reino Unido, con pedidos por un valor de 75 M USD hasta la fecha.
En general, ASMC se destaca al aprovechar la tecnología superconductor en aplicaciones de nicho viables hoy, y probablemente esté preparada para desplegar avances adicionales en el futuro. También debe señalarse a los inversores que la acción ha experimentado una volatilidad extrema en el pasado, y deben calcular los riesgos en consecuencia.
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Estudios Referenciados:
1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon y Chris J Pickard.(2025) Límites superiores de la frecuencia de fonón más alta y la temperatura superconductora a partir de constantes físicas fundamentales. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 de marzo de 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39
