Aplicaciones de lo muy frío

La noche del 18 de marzo de 1987, durante el congreso de la Sociedad Americana de Física que tuvo lugar en las instalaciones de un hotel en la ciudad de Nueva York, se llevó a cabo una sesión técnica por demás inusual en este tipo de eventos. Dicha sesión inició a las 19:30 –con un considerable retraso pues el número de personas en la sala de conferencias era mayor a la permitida por los reglamentos y hubo que esperar a desalojar a algunas de ellas– y terminó después las tres de la mañana. Fue seguida por cerca de tres mil participantes, en su mayoría a través de monitores de televisión dispersos a lo largo de los pasillos del hotel. La razón de tanto interés fue que en dicha sesión se discutirían los últimos resultados de investigación obtenidos en relación a una clase muy especial de materiales conocidos como superconductores.

Los superconductores son materiales asombrosos, que pueden alcanzar una resistencia eléctrica igual a cero bajo ciertas condiciones. Todos los materiales, con la excepción de los superconductores, se oponen al paso de corriente eléctrica a través de ellos; algunos de manera férrea, como es el caso del vidrio o el plástico, y otros en forma tímida como sucede con los metales. Los materiales superconductores, en cambio, no se oponen –o lo hacen en grado ínfimo– al paso de la electricidad. Para que esto suceda, sin embargo, deben ser enfriados a temperaturas muy bajas. El plomo, por ejemplo, se convierte en superconductor a una temperatura de -266 grados centígrados. Estas bajas temperaturas se obtienen empleando helio líquido como refrigerante, a gran costo y dificultad de manejo.

Los materiales superconductores fueron descubiertos en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes en la Universidad de Leiden. Desde ese año se han descubierto un buen número de materiales superconductores. Hasta 1986, sin embargo, todos requerían de muy bajas temperaturas para actuar como tales.

Los superconductores prometen un gran número de aplicaciones, algunas de las cuales son ya una realidad. Estos materiales, por ejemplo, se utilizan para la generación de campos magnéticos de gran intensidad en los sistemas de diagnóstico médico por resonancia magnética. Muchas de las aplicaciones de la superconductividad son, sin embargo, económicamente inviables en la actualidad por las bajas temperaturas requeridas.

Una de las aplicaciones potenciales más importantes de los superconductores se encuentra en el campo de los trenes de alta velocidad de levitación magnética, o “Maglev” como son universalmente conocidos. Este tipo de trenes avanzan suspendidos por fuerzas magnéticas sobre un riel de guía. Las fuerzas magnéticas son generadas por electroimanes de gran potencia que requieren de corrientes eléctricas extremadamente elevadas. Los superconductores, que no se oponen al flujo de electricidad, son entonces ideales para esta aplicación. Para la fabricación de los electroimanes superconductores es posible usar alambres de una aleación de niobio y estaño. Desgraciadamente, el helio líquido necesario para que esta aleación se convierta en superconductora ha sido un factor para que la superconductividad no haya tenido un mayor impacto en el transporte de alta velocidad.

En septiembre de 1986, los físicos Georg Bednorz y Karl Muller trabajando en los laboratorios de la compañía IBM en Zurich, Suiza, reportaron el descubrimiento de una nueva clase de superconductores con una temperatura de operación de -238 grados centígrados, que fue incrementada poco tiempo después por un grupo de investigadores de las universidades de Houston y Alabama hasta -183 grados centígrados. Aunque esta última temperatura es todavía extremadamente baja, representa un gran avance pues es mayor que la temperatura del nitrógeno líquido –el mismo que emplean los dermatólogos para eliminar lunares de la piel–, que de este modo puede sustituir ventajosamente al helio líquido como refrigerante, a un costo y dificultad de manejo mucho menores.

El descubrimiento de superconductores a temperaturas más altas que las del nitrógeno líquido –los llamados superconductores de alta temperatura– expandió repentinamente el universo de aplicaciones potenciales de la superconductividad, lo que en buena medida explica la excitación de la comunidad de físicos en la reunión de marzo de 1987 en Nueva York. Desgraciadamente y aunque en la actualidad se han obtenido superconductores a temperaturas hasta de -135 grados centígrados, su tecnología metalúrgica –para la fabricación de alambres, por ejemplo– se ha topado con numerosas dificultades y no ha progresado al mismo ritmo. El resultado ha sido que, pese a todo el ruido que provocaron hace 22 años, lo superconductores de alta temperatura no han estado a la altura de las expectativas.

Recientemente, un grupo de investigadores japoneses del Instituto de Tecnología de Tokio reportó un nuevo tipo de superconductores de alta temperatura, del que hay esperanzas sean más amigables desde el punto de vista tecnológico. De este modo, se han reavivado las expectativas de que a superconductividad irrumpa algún día de manera masiva en el campo tecnológico. La respuesta nos la darán lo años por venir.