Los Superconductores, duros y los nuevos Superconductores

Los superconductores duros
La posibilidad de obtener un superconductor de alta temperatura crítica ha sido muy atractiva desde el momento en que se descubrió la superconductividad. Los beneficios tecnológicos que se obtendrían son muy claros y nos referiremos a ellos mas adelante. Se ha desplegado un enorme esfuerzo, tanto teórico como experimental, hacia la consecución de un material superconductor de alta temperatura crítica, y no fue sino hasta 1987 cuando, con una clase totalmente nueva de materiales superconductores, los superconductores cerámicos, se lograron temperaturas del orden de 100 Kelvin. El manejo tecnológico de los materiales cerámicos es bastante problemático, pero no es imposible.

Los superconductores cerámicos pertenecen a la clase conductores denominados Tipo II o superconductores duros. Presentan elevados valores para el campo magnético crítico.

Los nuevos materiales superconductores
Hemos mencionado ya que en abril de 1986 se anunció el descubrimiento de unos nuevos materiales superconductores que eran cerámicos y que presentaban una temperatura de transición superior a cualquiera de los materiales existentes en esas fechas. Al escribir estas líneas la temperatura crítica de transición superconductora más alta reportada es de alrededor de 135K, bastante arriba de la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido, que es un refrigerante de precio muy económico y fácil de obtener. También hay indicios muy prometedores de que se podrán lograr temperaturas de transición quizá por arriba de 200K.

Un equipo del CSIC obtiene Superconductores Nanotecnológicos y corrientes eléctricas record
Los resultados, aparecidos en la revista Nature Materials, se han conseguido mezclando nanopartículas aislantes con un superconductor. Así las propiedades mejoran de tal forma que puede aumentarse de forma espectacular los campos magnéticos generados con estos materiales.

Los materiales superconductores son capaces de transportar corrientes eléctricas 100 veces superiores a las que transporta el cobre y por ello pueden usarse para generar campos magnéticos mucho más elevados que con los metales convencionales.

No obstante, los únicos superconductores disponibles hasta la fecha son los denominados de "baja temperatura", ya que para su funcionamiento requieren ser enfriados a temperaturas extremadamente bajas usando helio líquido. Esto supone un elevado coste, lo que ha limitado el uso generalizado de estos sistemas. El descubrimiento del grupo del ICMAB-CSIC puede romper esta barrera, ya que permite obtener mejores prestaciones con temperaturas más altas, equivalentes a la del nitrógeno líquido, con lo cual los costes pueden reducirse.

Las prestaciones de los superconductores vienen determinadas por las propiedades de unos torbellinos de supercorrientes denominados vórtices, los cuales pueden desplazarse al aplicar corrientes eléctricas como si se tratara de un tornado. Para evitar su desplazamiento se requiere introducir en el superconductor defectos que tengan dimensiones nanométricas, que coincidan con el tamaño del ojo de ese tornado nanométrico.

Los nuevos materiales desarrollados constituyen un "nanocomposite" en el que nanopartículas aislantes de unos 10-20 nanómetros están distribuidas al azar en el seno del superconductor. Esta tupida red de nanopartículas modifica la estructura de defectos del superconductor, lo que redunda en un anclaje extremadamente efectivo de los vórtices, incluso bajo campos magnéticos muy elevados en los cuales los superconductores convencionales pierden sus propiedades únicas. Como consecuencia, la densidad de corriente conseguida con los nuevos materiales es cinco veces superior a la que se obtiene con los superconductores de baja temperatura actualmente disponibles.

La metodología desarrollada por el grupo del CSIC, que ha sido patentada, se basa en soluciones químicas complejas a partir de las cuales, una vez depositadas sobre un substrato y calentadas a alta temperatura, "crece una lámina superconductora, de forma similar a como se prepara un pudding con pasas", explican los investigadores. Las ventajas de esta metodología son por un lado la estructura única que se obtiene, y por otro lado, su bajo coste lo cual hace prever una rápida transferencia a la industria del nuevo descubrimiento.
Las aplicaciones que se derivarán de estos nuevos materiales, una vez llevado a cabo el escalado industrial, son muy diversas. Tal como explica el equipo investigador, el reactor de fusión nuclear ITER funcionará con imanes superconductores pero "si pudiera funcionar a temperaturas más altas, como las que ahora han usado con este nuevo material, su coste de construcción y de mantenimiento sería la mitad, lo que supone una diferencia de miles de millones de euros".

Otros ejemplos de aplicaciones son los motores potentes de barcos o industrias diversas, que serían más eficientes y ligeros. También se pueden beneficiar de estos materiales todos los sistemas que integrarán la "súper-electricidad", es decir la generación, transporte y uso eficiente de la energía eléctrica. Los investigadores del CSIC defienden el papel que puede jugar, además, en la mitigación del cambio climático. Dado el aumento en eficiencia que se consigue con estos nuevos materiales, el desarrollo de una tecnología superconductora redundará en un ahorro considerable de energía y, por tanto, en una importante reducción de la emisión a la atmósfera de gases de efecto invernadero.

Aquí encontrarás más información del tema de Superconductividad
Atte. LC