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Sep 08, 2023

Reclamaciones del revolucionario superconductor LK

Energía limpia ilimitada, resonancias magnéticas portátiles, computación cuántica más eficiente: estos son solo algunos de los avances que podrían ser posibles gracias al descubrimiento de un superconductor que funciona en la habitación.

Energía limpia ilimitada, resonancias magnéticas portátiles, computación cuántica más eficiente: estos son sólo algunos de los avances que podrían ser posibles gracias al descubrimiento de un superconductor que funciona a temperatura ambiente.

"Si mañana hicieras un superconductor a temperatura ambiente... serías famoso, ganarías el Premio Nobel", dijo Damian Pope, gerente senior de extensión científica del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario.

Por lo tanto, no es de extrañar que las redes sociales estén repletas de noticias sobre LK-99, un material que supuestamente actúa como superconductor a presión ambiente y temperaturas de hasta 127 C. Una foto del material levitando sobre un imán llamó la atención de muchas personas. aunque los expertos han dicho que esto no es garantía de superconductividad.

Mientras tanto, investigadores de todo el mundo, así como algunos científicos aficionados (desacertados), se apresuran a replicar los resultados. Hasta ahora, ninguno ha producido LK-99 ni observado superconductividad.

Esta es sólo la más reciente de una larga lista de afirmaciones sobre este "santo grial" de la ciencia de los materiales, como lo describió Pope, lo que podría explicar por qué los expertos se acercan al LK-99 con sentimientos que van desde el escepticismo hasta el optimismo cauteloso.

"El público debería estar entusiasmado, pero creo que se necesita cierta cantidad de preguntas", dijo Alannah Hallas, investigadora principal del Instituto Stewart Blusson de Materia Cuántica de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver.

A finales de julio, un equipo de investigadores del Centro de Investigación de Energía Cuántica, una startup en Seúl, publicó dos artículos que no han sido sometidos a revisión por pares en arXiv (pronunciado "archivo"), un servidor de preimpresión donde los científicos frecuentemente informan preliminares. resultados.

Los artículos describían LK-99, una nueva apatita de plomo sustituida con cobre, un compuesto formado por cobre, plomo, fósforo y oxígeno. Lleva el nombre de dos de los investigadores que lo descubrieron y del año que dicen que lo sintetizaron por primera vez.

Lo particularmente interesante de esta afirmación es la relativa facilidad de sintetizar el material, dijo Hallas a CBC News en una entrevista. Según los métodos publicados, LK-99 se creó mediante síntesis de estado sólido. Comparó el proceso con hornear, pero más simple, "porque no hay ingredientes húmedos".

"Simplemente se mezclan los reactivos en polvo y, por lo general, se utiliza un mortero para homogeneizarlos y mezclar todo muy bien", dijo Hallas, quien también es profesor asistente en el departamento de física y astronomía de la UBC. "Luego lo metes en el horno".

Los expertos también enfatizaron que los investigadores no hicieron nada incorrecto. Es una práctica común cargar los hallazgos preliminares en un servidor de preimpresión, especialmente cuando se trata de un avance potencialmente importante.

"Si creyera que tengo un superconductor a temperatura ambiente en mi laboratorio... probablemente también lo publicaría en [arXiv] lo más rápido que sea humanamente posible", dijo Hallas. "Ese es un descubrimiento tan monumental que podría cambiar el mundo... y entonces el proceso científico funcionará como lo hace el proceso científico".

Un material debe tener dos propiedades clave para ser considerado superconductor. Por debajo de una temperatura crítica, debe expulsar todos los campos magnéticos, a través de lo que se conoce como efecto Meissner, y conducir la electricidad con resistencia cero, lo que significa que no se pierde absolutamente ninguna energía.

Hallas explicó que a nivel atómico los superconductores funcionan porque los electrones se emparejan y dejan de comportarse como electrones.

"Piense en ello como gente bailando en un bar o en un club nocturno", dijo. "En un metal normal, todos bailan solos y... hacen lo suyo. Y tal vez se chocan entre sí y se golpean los codos.

"Un superconductor es como una escena de una película donde aparece un flash mob y todos conocen todos los movimientos de baile y bailan perfectamente sincronizados. Y así nadie choca con nadie [y no se pierde energía]".

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Hasta ahora, los científicos sólo han podido desarrollar materiales que mantienen esas propiedades a temperaturas extremadamente bajas o presiones extremadamente altas, lo que limita su aplicación y hace que su implementación sea costosa.

La superconductividad fue descubierta por primera vez hace más de un siglo por la física holandesa Heike Kamerlingh Onnes. Descubrió que el mercurio sólido se convierte en superconductor a unos –269 C, apenas cuatro grados por encima del cero absoluto. En las décadas siguientes se descubrieron más materiales superconductores con temperaturas críticas similares.

El siguiente gran avance no se produjo hasta la década de 1980, con el descubrimiento de los compuestos de cuprato, una clase de materiales que contienen cobre que pueden actuar como superconductores a temperaturas mucho más altas, hasta aproximadamente -140 C.

Los físicos esperan que el próximo salto sea hacia un material que pueda funcionar como superconductor a temperatura ambiente.

Los expertos afirman que las aplicaciones de un superconductor a temperatura ambiente podrían ser revolucionarias.

"Uno que es realmente interesante para los canadienses son las aplicaciones en máquinas de resonancia magnética", dijo Hallas. "Las resonancias magnéticas utilizan imanes superconductores para producir un fuerte campo magnético, que es la base de la imagen".

Las máquinas de resonancia magnética actuales utilizan niobio-titanio para generar ese campo, pero es necesario mantenerlo a temperaturas dentro de los 10 grados del cero absoluto. "Soy de Winnipeg, y hace mucho más frío que incluso en Winnipeg en el día más frío", dijo.

El uso de un superconductor a temperatura ambiente eliminaría la necesidad de helio líquido para mantener fríos los imanes, lo que podría allanar el camino para máquinas de resonancia magnética portátiles que podrían llevarse a comunidades remotas.

Subir Sachdev, profesor de física de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, está muy entusiasmado con otra aplicación potencial: la energía de fusión, que promete energía limpia ilimitada al imitar lo que sucede en el núcleo de estrellas como el sol.

"Para lograr la fusión, hay que tomar este plasma de partículas cargadas (protones y neutrones, etc.) y comprimirlas en un pequeño volumen", dijo en una entrevista con CBC News. "Los campos magnéticos son lo que usarías para hacer eso".

Sachdev dijo que ya se ha propuesto que los superconductores existentes podrían hacer realidad la fusión, pero tener superconductores a temperatura ambiente lo haría mucho más fácil.

Para Pope del Instituto Perimeter, también es importante no pasar por alto lo que esto podría significar para nuestra infraestructura. "En esas grandes líneas aéreas de transmisión que ves, alrededor del 15 por ciento de la energía se pierde desde la estación generadora de energía hasta que llega a tu casa. [Si] reemplazáramos todos esos cables allí con cables superconductores, la cantidad perdida sería cero."

Por la misma razón, las computadoras podrían volverse cientos de veces más rápidas y más eficientes energéticamente, sin perder más energía en forma de calor.

Este no es el primer objeto superconductor no identificado (OSNI) que aparece en arXiv.

"Cada pocos años hay alguna afirmación sobre un nuevo material que de repente es un mejor superconductor", dijo Sachdev. "La última vez que esto resultó ser cierto fue en 1987", con el descubrimiento de los compuestos de cuprato.

Pope tenía un sentimiento similar y añadió que "es una especie de salto cuántico" pasar de materiales superconductores a –140 C a más de 100 C.

En cuanto a la fotografía que captó la atención en las redes sociales, Hallas dijo que es importante recordar que "hay otras explicaciones físicas que pueden conducir a la levitación magnética".

"Si vas a Amazon, puedes comprar por menos de 100 dólares una maceta levitante, y eso no tiene nada que ver con la superconductividad. En realidad, es simplemente repulsión magnética".

Hallas también señaló que los artículos no contenían todo lo que normalmente se vería en una revista revisada por pares, y parte de la estructura informada la hizo dudar.

"La caracterización real del material final es realmente incompleta... Realmente no pasa la prueba de olfateo en términos del tipo de intuición de cómo se desarrollaría esa reacción química. En cierto modo implica algún tipo de configuraciones no físicas".

Digamos que en las próximas semanas, los laboratorios de todo el mundo podrán replicar los métodos publicados, reproducir los resultados y proporcionar una confirmación independiente de que LK-99 es, efectivamente, un superconductor. ¿Significa eso que todas estas innovaciones están a la vuelta de la esquina? No exactamente.

Hallas dijo que aunque el método sencillo para sintetizar LK-99 significa que la producción parece muy alcanzable a escala industrial, "ese es sólo el primer paso para que un material realmente llegue a buen término en términos de una tecnología utilizable". Otras consideraciones incluyen la seguridad, el costo, la capacidad de soportar diferentes condiciones ambientales y la facilidad de fabricación en diferentes configuraciones, como cables.

Aún así, independientemente de lo que suceda con LK-99, los investigadores están felices de que se preste cierta atención a la ciencia de los materiales.

"Nunca había experimentado algo así en mi campo de investigación, ver al público en general entusiasmarse tanto con un descubrimiento informado", dijo Hallas. "Está brindando una instantánea real de cómo es nuestro proceso diario y de lo que implica el tipo de ciencia que estamos haciendo".

comunicador científico

Darius Mahdavi es un especialista científico de CBC con sede en Vancouver. Cubre lo último en el mundo de la ciencia, centrándose en los impactos del cambio climático en las personas y los ecosistemas de Canadá. Ha trabajado como investigador y se graduó en la Universidad de Toronto, donde obtuvo una licenciatura en biología de la conservación e inmunología. Si tiene alguna pregunta sobre ciencia o clima, comuníquese con [email protected].

Con archivos de Anand Ram