Níquelatos de Bicapas: Una Nueva Clase de Superconductores de Alta Temperatura

Limitaciones de la Superconductividad

Electricity has been one of the most transformative technologies in history, allowing for the transmission of a very useful form of energy over long distances. But every “normal” electric system faces electric resistance, which results in the generation of heat when an electric current is applied.

Existe una alternativa: los llamados materiales superconductores. Los materiales superconductores tienen una resistencia eléctrica cero, lo que permite usar corrientes extremadamente potentes sin generar calor.

Sin superconductividad, gran parte de la tecnología moderna no sería posible, incluyendo aceleradores de partículas (por ejemplo, el CERN), resonancias magnéticas (MRI) y trenes de levitación magnética.

La superconductividad será un componente crucial de los megaprojectos más prometedores e innovación tecnológica, como ITER y fusión nuclear, impulsores de masa, computadoras cuánticas, 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 para materiales que la presentan a temperaturas ultrabajas, apenas unos pocos grados por encima del cero absoluto. O a presiones extremadamente altas.

Esto la hace no solo demasiado compleja para cualquier aplicación que no sea de las más exigentes (levitación magnética, resonancia magnética, 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 rápido por presión (PQP).

Recientemente, la bicapas retorcida de WSe₂ (tungsteno selenio) pareció ser también un buen candidato material para superconductores de mayor temperatura.

Así que después de años de lento progreso, parece que los físicos están comenzando a descubrir formas completamente nuevas de crear materiales superconductores. Y ahora se ha añadido una nueva a la lista, con una nueva familia de superconductores que contienen níquel.

Investigadores chinos de la Southern University of Science and Technology en Shenzhen y de la Universidad Tsinghua han descubierto que los superconductores de níquelato de bicapas conducen electricidad sin resistencia, muy por encima del cero absoluto y a presión ambiente.¹

Publicaron sus resultados en la prestigiosa revista científica Nature, bajo el título “Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 films”.

Superconductores No Tan Fríos

La superconductividad de alta temperatura podría algún día convertirse en una opción, notablemente con el caso desconcertante de LK-99 (una forma de apatita de plomo sustituida por cobre – CSLA), 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 otros investigadores descubrieron que podría estar ocurriendo algo después de todo.

Pero esta no es la única clase de superconductores que podría funcionar a temperaturas más cálidas.

Recientemente se ha descubierto que dos grupos de cerámicas (cupratos basados en cobre y pnictidos basados en hierro) funcionan como superconductores no convencionales que operan a presión ambiente y a temperaturas tan altas como 150 K (–123 °C / -189 °F).

Fuente: Materials Today

Ahora, parece que los níquelatos se están uniendo a estas cerámicas para crear un material que funciona como superconductor a temperaturas más altas.

Aunque no tan cálido, es mucho más fácil alcanzar una temperatura que con los superconductores actuales. Por ejemplo, los imanes superconductores de ITER necesitarán ser enfriados cerca del cero absoluto con helio líquido, un procedimiento muy intensivo en energía y costoso.

En general, esto indica que los superconductores probablemente se volverán mucho más comunes a medio plazo, ya que se están descubriendo y experimentando muchas más formas de ellos.

Níquelatos Superconductores

Se descubrió que el níquelato tenía propiedades potenciales de superconductividad en 2019 por Danfeng Li, un físico de la City University of Hong Kong, y su colega. En 2023, otro equipo demostró la superconductividad de los níquelatos a temperaturas más altas, pero bajo alta presión.

Fuente: Nature

Pero fue en diciembre de 2024 cuando los níquelatos fueron detectados por primera vez perdiendo resistencia a una temperatura crítica y expulsando campos magnéticos, ambas fuertes indicaciones de superconductividad.

Para lograr este resultado, se cultivaron películas de monocristal de La2.85Pr0.15Ni2O7 (lantano-praseodimio-níquel) utilizando una técnica llamada gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GOALL-Epitaxy). Esta técnica fue desarrollada por el mismo equipo de investigadores y proporciona varios órdenes de magnitud de oxidación más fuerte y precisión en la producción de capas de material a nivel atómico.

Fuente: Research Gate

Se utilizaron métodos analíticos avanzados para estudiar el compuesto a base de níquel, incluyendo imágenes de microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) y mapeos de espacio recíproco de rayos X (RSM).

Revelaron la aparición de una fase tetragonal en la capa de óxido de níquel, lo que podría ser responsable del flujo libre de electrones bajo las condiciones adecuadas.

Mejorando los Materiales Superconductores

El método utilizado como prueba preliminar para mejorar las propiedades del níquelato puede mejorarse aún más. Esto debería conducir a múltiples pruebas para elevar aún más la temperatura de estos superconductores.

“Hay una gran esperanza de que eventualmente podamos elevar la temperatura crítica y hacer que dichos materiales sean más útiles para aplicaciones.” Danfeng Li – Físico en la City University of Hong Kong.

El análisis indica que el proceso que otorga superconductividad a los níquelatos es similar al que afecta a los cupratos (hechos de cobre).

”Incrementar esto es una prioridad. El equipo está probando varios trucos para ajustar cómo se cultiva el material y su composición precisa.” Zhuoyu Chen – Físico en SUSTech

Experimentos Antes de la Teoría

Cabe señalar que los resultados recientes respecto a superconductores de alta temperatura, o incluso superconductores potenciales a temperatura ambiente, están adelantándose a la física teórica en el campo.

Así que, por qué funciona sigue siendo bastante misterioso. Aún no hay una explicación completa de por qué estos materiales son superconductores, y mucho menos un método predictivo para prever qué material podría presentar estas características.

Hasta ahora, la necesidad de condiciones de alta presión o extremadamente frías había dificultado gravemente el estudio de estos materiales, ya que era difícil probar cualquier cosa cuando la superconductividad solo ocurre en un yunque de diamante o helio líquido.

Mantener condiciones más fáciles debería dar mucho más margen a los científicos para estudiar estos materiales y modificarlos.

Así que esto deja mucho espacio para mejoras, y una mejor comprensión de estos materiales, incluso con la ayuda de la IA, debería ayudar a avanzar más.

También debería atraer a más investigadores al campo y a más empresas invirtiendo presupuestos de I+D en estos proyectos, acelerando el ritmo del progreso.

Aplicaciones Futuras

Los superconductores de alta temperatura 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 superconductividad, como resonancias magnéticas, trenes de levitación magnética, turbinas y generadores avanzados, aceleradores de partículas, reactores de fusión experimentales, etc.

También haría posible tecnología que hasta ahora nunca pudo realizarse o era prohibitiva en costo debido a las limitaciones técnicas de los superconductores de baja temperatura.

Esto incluye trenes hyperloop, impulsores de masa para alcanzar la órbita, fusión nuclear comercial, conexiones de red intercontinentales, etc. Cada una de estas es una tecnología que alterará para siempre el rumbo de la civilización humana.

Líderes en Soluciones de Superconductividad

AMSC es una empresa que brinda soluciones energéticas para la red eléctrica, barcos y 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 compañía está impulsada por múltiples motores de crecimiento, desde la tendencia de electrificación y digitalización (incluidos los centros de datos de IA), pero también la relocalización de capacidades de fabricación en EE. UU. y la necesidad de que las armadas del mundo anglosajón se modernicen en respuesta a los crecientes riesgos geopolíticos.

Fuente: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

En el segmento de suministro de energía, AMSC ha experimentado un aumento constante en los pedidos. Esto fue impulsado por fábricas de semiconductores que buscan protegerse de las fluctuaciones de la red eléctrica, ayudar a la red a manejar la naturaleza intermitente de las energías renovables, y por suministro de energía y controles en sitios industriales.

Fuente: American Superconductor Corporation

En el segmento de turbinas eólicas, AMSC está mayormente activo con el Sistema de Control Eléctrico (ECS). Históricamente, ESC era un segmento fuerte para la compañía con turbinas eólicas de 2 MW, pero ha disminuido 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 “Contramedida Magnética de Minas de Superconductor de Alta Temperatura de AMSC”, un sistema para alterar la firma magnética de los barcos y protegerlos de minas marinas. Esto se vende a las armadas de EE. UU., Canadá y Reino Unido, con pedidos por un valor de 75 M $ hasta ahora.

En general, ASMC está sobresaliendo al aprovechar la tecnología de superconductores en aplicaciones de nicho viables hoy, mientras probablemente esté listo 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 que deben calcular los riesgos en consecuencia.

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Referencia del Estudio:

^{1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z}