La técnica "Speedster" que está superando los límites de los superconductores

Muy bien, tengo que hablarles de algo que es genuinamente emocionante en el mundo de la física, y prometo que lo haré comprensible incluso si no prestaron atención en la clase de química.

Los superconductores son, básicamente, las estrellas del rock de la ciencia de materiales. Cuando enfrías ciertos materiales a temperaturas increíblemente bajas (estamos hablando de un frío mayor al del espacio exterior), ocurre algo mágico: la resistencia eléctrica cae literalmente a cero. ¡Cero! Eso significa que la electricidad puede fluir a través de ellos para siempre sin perder nada de energía. Sin calor, sin desperdicio, solo un flujo puro y perfecto.

Normalmente, los electrones son como conductores impacientes que intentan colarse en una autopista congestionada. Chocan con los átomos, pierden energía, generan calor y, en general, causan atascos. Pero en los superconductores, los electrones se agrupan en algo llamado pares de Cooper y comienzan a moverse en sincronía, casi como una compañía de danza perfectamente coreografiada en lugar de bailarines individuales y caóticos.

Aquí está el problema

Sin embargo, estos superconductores tienen una debilidad. Solo pueden soportar una cantidad limitada de corriente eléctrica antes de que todo se descontrole. Los científicos llaman a esto la "corriente crítica"; piensen en ello como la carga de trabajo máxima de un material antes de empezar a sufrir.

En la mayoría de los casos, los superconductores no fallan debido a un límite físico fundamental. Fallan debido a algo llamado vórtices: diminutas regiones donde los campos magnéticos se filtran a través del material. Cuando se aplica demasiada corriente, estos vórtices comienzan a moverse, creando fricción y calor, y eventualmente todo el sistema colapsa.

Es como tener una pista de patinaje sobre hielo perfectamente lisa, excepto que alguien esparció un montón de parches pegajosos que te frenan cuando vas demasiado rápido.

La solución ingeniosa

Aquí es donde la cosa se pone interesante (el juego de palabras con "cool" en inglés es intencional).

Un equipo del Instituto Max Planck para la Estructura y la Dinámica de la Materia decidió hacer trampa. En lugar de introducir la corriente lentamente a través del superconductor, lo golpearon con ráfagas de electricidad increíblemente breves: estamos hablando de picosegundos. Un picosegundo es una billonésima parte de un segundo. Como referencia, el parpadeo de un ojo contiene unos 30 billones de picosegundos.

¿La lógica? Los vórtices solo pueden moverse a cierta velocidad (decenas de kilómetros por segundo) y, en un picosegundo, apenas se mueven; estamos hablando de distancias de apenas nanómetros. Al entregar el pulso eléctrico en una ventana tan pequeña, los investigadores pudieron aumentar la corriente a niveles extremos antes de que los vórtices tuvieran tiempo de causar problemas.

Eryin Wang, el autor principal, lo describe perfectamente: "Nuestra estrategia fue superar la dinámica de los vórtices en velocidad".

Es como si pudieras correr a través de un campo de minas tan rápido que las minas no tienen tiempo de explotar. Técnicamente sigues caminando por el mismo espacio peligroso, solo que no les das a los obstáculos la oportunidad de activarse.

Dos materiales, dos personalidades completamente diferentes

Los investigadores probaron dos superconductores diferentes para ver cómo responderían a este enfoque de "demonio de la velocidad": NbN y YBCO.

El NbN se comportó como alguien con un punto de ruptura muy claro. Se mantuvo superconductor hasta un umbral específico y luego, de repente y de forma dramática, se detuvo. Los pares de Cooper esencialmente se fragmentaron todos a la vez. Fue un fallo agudo y decisivo, como una cuerda que finalmente se rompe bajo demasiada tensión.

El YBCO, por otro lado, tuvo un declive más lento. Su superconductividad se debilitó progresivamente a medida que aumentaba la corriente. Esto se debe a que el YBCO tiene una estructura interna más compleja: sus propiedades superconductoras varían dependiendo de la dirección en la que se midan, algo similar a cómo la madera es más fuerte a lo largo de la veta que en contra de ella.

Por qué esto es importante

Aquí está la parte realmente genial: al usar estos pulsos ultrafast, los científicos ahora pueden acceder a los verdaderos límites fundamentales de la superconductividad, lo que llaman la "corriente de desemparejamiento". Este es el punto donde los propios pares de Cooper comienzan a separarse, no solo donde los vórtices causan problemas.

Comprender esto podría conducir a mejores superconductores para todo tipo de aplicaciones: máquinas de resonancia magnética más potentes, computadoras cuánticas más rápidas, líneas de transmisión de energía más eficientes e incluso trenes Maglev que flotan sobre campos magnéticos.

No solo estamos llevando los materiales existentes más allá; estamos descubriendo una física completamente nueva que estaba escondida justo fuera de nuestro alcance.

¿Y sinceramente? Eso es bastante emocionante.

Fuente: ScienceDaily