NUS descubre material sin cobre con superconductividad de alta temperatura

El Potencial de la Superconductividad

La electricidad es una de las tecnologías más importantes jamás inventadas por la humanidad. En su forma habitual, siempre implica algún nivel de resistencia eléctrica, generando calor cuando circula una corriente eléctrica.

Esto puede imponer limitaciones severas para algunas aplicaciones que requieren corrientes o campos magnéticos muy potentes, ya que el sistema eléctrico simplemente se fundiría.

Una alternativa es la superconductividad, un fenómeno donde la resistencia eléctrica cae a cero. Sin embargo, durante mucho tiempo solo se pudo observar a temperaturas ultrabajas, cercanas al cero absoluto (0 K), o aproximadamente -273 °C/-387 °K.

Esto cambió con un descubrimiento que recibió el Premio Nobel de Física en 1987: superconductores de alta temperatura hechos de óxidos de cobre.

Sin superconductividad, gran parte de la tecnología moderna no sería posible, incluidos los aceleradores de partículas (por ejemplo, el CERN), los resonadores magnéticos (MRI) y los trenes de levitación magnética.

La superconductividad también será un componente crucial de los megaprojectos y innovaciones tecnológicas más prometedores, como el ITER y la fusión nuclear, los propulsores de masa, las computadoras cuánticas, etc.

Las líneas de transmisión eléctrica 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

Superconductividad de Alta Temperatura

Por ahora, el requisito de baja temperatura hace que la superconductividad sea económicamente viable solo para aplicaciones de alta gama: levitación magnética, resonancia magnética, etc.

Y aunque es científicamente interesante, la superconductividad bajo alta presión es relativamente inútil en términos de aplicaciones prácticas.

• Ahora parece que el material producido a alta presión podría retener parte de su superconductividad a presión más baja mediante un método experimental llamado protocolo de enfriamiento por presión (PQP).
• El bilayer torcido de WSe₂ (tungsten selenium) también parece ser un buen candidato material para superconductores de mayor temperatura.
• Otra nueva clase de posibles superconductores, los nickelatos de bilayer, podrían haberse añadido a la lista este año.
• Luego apareció el caso desconcertante de LK-99 (una forma de apatita de plomo sustituta de 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 otros investigadores descubrieron que podría estar ocurriendo algo después de todo.

A pesar de estos nuevos descubrimientos, en gran medida la superconductividad sigue siendo un fenómeno poco comprendido, con muchos intentos a ciegas para encontrar nuevos materiales con esa característica. Por lo tanto, se requiere un marco teórico mejor.

Una pieza del rompecabezas se encontró en marzo de 2025, con una mejor comprensión de cuáles son las posibles temperaturas más altas para la superconductividad (Tc).

Otro avance es la creación por parte de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur de un nuevo modelo teórico que ya ha llevado al descubrimiento de un material superconductivo sin cobre. Este logro fue anunciado recientemente en la prestigiosa publicación científica Nature¹, bajo el título “Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2 at ambient pressure”.

Nuevo Modelo de Superconductividad

Explicando la Superconductividad

Los investigadores trabajaron en desarrollar un nuevo modelo teórico que explica cómo funciona la superconductividad. Es un tema complejo, que puede resumirse más simplemente con algunos conceptos clave:

Pares de Cooper, o dos electrones unidos mediante un efecto cuántico, son un elemento clave para que un material sea superconductor.

Es la condensación de los pares de Cooper lo que crea la superconductividad, al menos según los investigadores que explicaron la superconductividad en primer lugar (la teoría de Bardeen–Cooper–Schrieffer, o teoría BCS), y que ganó el Premio Nobel de Física de 1972 por esta idea.

Son los fonones, o la vibración a nivel cuántico de la red del material, los que impulsan el emparejamiento de electrones en pares de Cooper. Cuando se forman suficientes pares de Cooper, esto permite el movimiento de electrones a través del material sin colisiones, eliminando la resistencia eléctrica.

Fuente: Fiveable

Prediciendo y Produciendo Nuevos Superconductores

El nuevo modelo que predice la formación de pares de Cooper ayuda al investigador a predecir muchos superconductores potenciales, incluidos muchos que no contienen átomos de cobre.

Luego sintetizaron con éxito uno de los materiales predichos: óxido de samario‑europio‑calcio‑níquel (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂.

“Como predijimos y diseñamos, este óxido superconductor sin cobre demuestra superconductividad a alta temperatura bajo presión atmosférica al nivel del mar, sin necesidad de compresión adicional—exactamente como los óxidos de cobre.

Este hallazgo sugiere que la superconductividad a alta temperatura no es exclusiva del cobre, sino que podría ser una propiedad más extendida entre los elementos de la tabla periódica.”

Dr. Stephen Lin Er Chow – Investigador en la National University of Singapore

También confirmaron resistencia eléctrica nula (superconductividad) bien por encima de 30 K en este compuesto. No solo es un nuevo material para experimentar, sino una prueba de que el modelo que usaron tiene valor predictivo, lo que probablemente significa que el otro material superconductor predicho también podría funcionar. Este es el primer descubrimiento de un superconductor de alta temperatura de este tipo desde la década de 1990.

Fuente: National University of Singapore

Zhaoyang Luo, estudiante de doctorado de la National University of Singapore, demostró la alta cristalinidad y la naturaleza de fase pura del material sintetizado mediante microscopía electrónica. Esto hace que el nuevo material sea muy estable, convirtiéndolo en un buen candidato para posibles aplicaciones industriales futuras.

“Esta es la primera vez desde el descubrimiento premiado con Nobel que se encuentra un óxido superconductor de alta temperatura sin cobre que funciona bajo presión ambiente.

Además, este nuevo material es altamente estable bajo condiciones ambientales, mejorando significativamente su accesibilidad.”

Pr. Ariando – Profesor en la National University of Singapore

El método de producción del nuevo material también es bastante robusto, sin que aparezcan defectos estructurales durante el proceso, lo que aumenta aún más el potencial para aplicaciones prácticas.

Aplicaciones y Desarrollo Futuro

Ahora que cuentan con un marco teórico más sólido, los investigadores pueden intentar afinar algunos parámetros específicos de los materiales superconductores. En particular, mencionan características atómicas y moleculares como el desplazamiento de la ocupación electrónica y la presión hidrostática.

Esto podría abrir el camino a tipos completamente nuevos de superconductores o incluso a una nueva familia de superconductores con temperaturas de operación aún más altas.

• Reducir drásticamente el costo de las tecnologías que actualmente usan superconductores, democratizando su uso, especialmente en levitación magnética y resonancias magnéticas.
• Abrir nuevos campos de uso, especialmente si la temperatura Tc alcanza un nivel suficientemente alto como para coincidir con el nitrógeno líquido (-196 °C / -320 °F), un refrigerante mucho más barato y fácil de producir que los que se usan actualmente para materiales superconductores.
  • Estas nuevas aplicaciones podrían incluir transmisión de energía, almacenamiento de energía, láseres, barcos, propulsión espacial y acceso a la órbita (propulsores de masa), etc.

Esta observación tiene profundas implicaciones tanto para la comprensión teórica como para la realización experimental de un alcance más amplio de materiales superconductores con aplicaciones prácticas en la electrónica moderna,

Pr. Ariando – Profesor en la National University of Singapore

Líderes en Soluciones de Superconductividad

AMSC es una empresa que brinda soluciones energéticas para la red eléctrica, embarcaciones y energía eólica. En general, cuanto más hambriento de energía o masivo sea un sistema, más necesita la tecnología superconductora para evitar el sobrecalentamiento.

A pesar de su nombre, ASMC no solo proporciona sistemas superconductores, sino también, por ejemplo, trenes de engranajes para turbinas eólicas.

La compañía 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 de fabricación en EE. UU. y la necesidad de que las marinas del 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 eléctrico, AMSC ha visto un aumento constante en los pedidos. Esto ha sido impulsado por fábricas de semiconductores que buscan protegerse de las fluctuaciones de la red, ayudar a la red a manejar la naturaleza intermitente de las renovables, y por el suministro eléctrico 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 compañía con turbinas de 2 MW, pero ha ido disminuyendo progresivamente. AMSC apunta a una recuperación gracias al nuevo diseño de turbina de 3 MW, con especial foco en el mercado indio.

Fuente: American Superconductor Corporation

Para buques militares, ASMC ofrece el “Contramedida Magnética de Minas de Alta Temperatura Superconductora de AMSC”, un sistema para alterar la firma magnética de los buques y protegerlos de minas marinas. Se vende a las marinas de EE. UU., Canadá y Reino Unido, con pedidos por valor de 75 M USD hasta la fecha.

En general, ASMC está aprovechando mejor la tecnología superconductora en aplicaciones de nicho viables hoy, mientras probablemente esté preparada para desplegar avances adicionales en el futuro. También debe notarse por parte de los inversores que la acción ha experimentado una volatilidad extrema en el pasado, y deben calcular los riesgos en consecuencia.

Últimas noticias sobre American Superconductor Corporation

Estudios Referenciados:

^{1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) A. Superconductividad a granel cerca de 40 K en SmNiO2 dopado con huecos a presión ambiente2. Nature. 20 de marzo de 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4}