• Se prevé que, según la concentración de electrones en un material superconductor, la brecha de excitación de energía de una sola de esas partículas pueda presentar diferentes simetrías
• Esa predicción ha sido comparada con experimentos, sobre todo de grupos científicos japoneses, con buenos resultados, explico Luis Antonio Pérez, del IF
• La meta de científicos es encontrar ese material a temperatura ambiente, que representaría una revolución en el almacenamiento y transmisión de energía eléctrica, y en las industrias medica, de transportes y de cómputo

Luis Antonio Pérez López, investigador del Instituto de Física (IF) de la UNAM, en colaboración con Chumin Wang, del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, y Samuel Millán, de la Universidad Autónoma del Carmen, Campeche, desarrolla una teoría que explique, de manera unificada, la superconductividad con distintas simetrías.

Ese supuesto, inexistente hasta ahora, prevé que, según la concentración de electrones en un material, la brecha de excitación de energía de una sola de esas partículas podría presentar diferentes simetrías.

Esto a su vez, implica que la capacidad calorífica como función de la temperatura debe mostrar diferentes comportamientos, dependiendo de la concentración electrónica en un material dado. Esa predicción ya ha sido comparada con experimentos en superconductores cerámicos, sabre todo de grupos científicos japoneses, con buenos resultados.

EI conocimiento desarrollado por el universitario se suma al de expertos de todo el mundo, que intentan encontrar un material superconductor, capaz de conducir la electricidad sin ninguna resistencia, a temperatura ambiente (300 Kelvin 0 27 grados centígrados), que representaría una revolución en la transmisión y almacenamiento de energía eléctrica, y en industrias como la medica, de transportes y de computo.

Entre otros posibles adelantos, estarían el diseño de escáneres de imagenología médica (resonancia magnética nuclear) portátiles y económicos; supercomputadoras ultra-rápidas del tamaño de una caja de zapatos; coches eléctricos de bajo costo y no contaminantes, o sistemas magnéticos para extraer impurezas del agua.

La superconductividad, dijo Pérez López, es un estado de la materia que se produce cuando en algunos materiales que están por debajo de cierta temperatura, llamada crítica (Tc), los electrones se agrupan en pares y permiten la conducción de la electricidad sin resistencia. No sólo eso, también presentan diamagnetismo perfecto, es decir, expulsan el campo magnético de su interior.

Existen dos clases de superconductores: los convencionales o de baja temperatura crítica (de entre unos cuantos Kelvin hasta 23 Kelvin), y los anisotrópicos, que incluyen los orgánicos, el rutenato de estroncio, y los cerámicos o de alta temperatura crítica (por arriba de los 77 Kelvin).

La naturaleza de la superconductividad en ambos casos parece ser diferente, y "aun no existe consenso entre la comunidad científica de cual es el mecanismo que le da origen, en el segundo caso".

Los convencionales se descubrieron en la primera mitad del siglo pasado, relató. Se trata de metales como el plomo, el aluminio y el mercurio, así como algunas aleaciones metálicas.

Para explicarlos, a mediados del siglo pasado se propuso una teoría basada en la interacción electrón-electrón, mediada por fonones (modo cuantizado de vibración de la red de átomos en un material), que permite que dos electrones, a pesar de tener cargas opuestas, formen pares.

AI respecto, Pérez expuso que en la red de átomos de un material, un electrón puede "crear" un fonon o vibración, y mandárselo a otro. Bajo ciertas condiciones, esa interacción puede ser atractiva y así se forma un par. Pero los pares y, en consecuencia, la superconductividad, solo pueden romperse cuando se introduce un mínimo de energía, conocida como brecha superconductora.

Los cerámicos, en tanto, fueron descubiertos en 1986. Su brecha, a diferencia de los superconductores convencionales, es anisotrópica y se caracteriza par tener un comportamiento esencialmente bidimensional, sostuvo el experto.

Sabre el tema, menciono que esos materiales están formados por planos de cobre-oxigeno. Entre ellos, hay átomos de tierras raras que le quitan electrones a esas "capas"; cuando eso ocurre, el material pasa de ser antiferromagnético a superconductor.

La conducción eléctrica se da sobre tales planos. La temperatura crítica en este caso es alta, par ejemplo de 90 Kelvin o 183 grados centígrados bajo cero en compuestos como el de itrio, bario, cobre y
oxigeno (YbaCuO). Aunque parece muy "fría", está por arriba de la necesaria para obtener nitrógeno liquido (77 Kelvin), que se puede usar para enfriar y mantener un material en su estado superconductor a bajo costo.

La brecha en los superconductores de alta Tc es anisotrópica porque su magnitud depende de la dirección en la que es examinada. De ese modo, en dos direcciones, perpendiculares entre sí, dicha brecha es cero. Esa simetría se conoce como "d".

Pero existe otro material, parecido a los superconductores anteriores, que en lugar de planos de cobre-oxígeno los tiene de rutenio-oxígeno. Su Tc es pequeña, apenas 1.5 Kelvin, y aunque en principio no tendrían ninguna aplicación practica porque resultaría costoso bajar la temperatura a esos niveles, son interesantes para entender por qué el cobre da lugar a temperaturas críticas mas altas, y el rutenio a otras menores, considero el científico.

En este material, la brecha superconductora tiene simetría impar o "'p". "Esa diferencia modifica en uno o dos ordenes de magnitud la temperatura crítica; de ahí que sea importante entenderla". Y una tercera simetría es la "s" o esférica, que corresponde a los superconductores convencionales.

Se puede obtener un indicio de que tipo de simetría tiene una brecha superconductora con la observación del comportamiento de la capacidad calorífica como función de la temperatura en un material dado, sostuvo Pérez López.

La teoría del universitario se basa en lo que se conoce como "salto correlacionado" o interacción de carga-enlace, es decir, en la interacción entre la densidad electrónica asociada a un átomo con la asociada al enlace entre dos átomos vecinos. Dependiendo de los parámetros utilizados, se pueden tener las tres simetrías "s", "p" o "d" dentro del mismo modelo teórico.

"Éste predice correctamente la concentración de electrones a la que ocurren las diversas simetrías, los diferentes órdenes de magnitud de las correspondientes temperaturas críticas, y también describe el comportamiento de la capacidad calorífica electrónica como función de la temperatura".

Los trabajos del científico, dados a conocer en congresos internacionales y prestigiadas revistas como Journal of Physics and Chemistry of Solids, Solid State Communications, y Journal of Magnetism and Magnetic Materials, han llamado la atencion de físicos experimentales de otros países.

Ahora, Luis Antonio Pérez López y sus colegas pretenden generalizar su teoría para incluir un campo magnético externo y determinar como varían las propiedades físicas de un sistema superconductor. Para ello, se necesitará reformular ecuaciones que describen dichas propiedades. Una vez hecho, compararán sus resultados con experimentos, para tener un mayor soporte de su propuesta.

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