Histórico: científicos coreanos afirman haber hallado uno de los “santos griales” de la física
Lunes 31 de
Julio 2023
n las próximas semanas se verá si el experimento puede reproducirse; entre investigadores, prevalece el escepticismo
Desde que fue descubierta, a principios del siglo pasado, la “superconductividad” es uno de los “santos griales” de la física de materiales. Es una propiedad que permite conducir electricidad con resistencia cero, lo que evita la pérdida de energía en forma de calor y habilita fenómenos desconcertantes, como la levitación. Pero lo que fue descripto y probado en el laboratorio, resultó difícil de aplicarse en la industria, porque para lograrla hay que llevar el material a una temperatura inimaginable: 4 grados Kelvin por encima del cero absoluto (-269° C).
Ahora, un equipo de científicos surcoreanos integrado por Sukbae Lee y Ji-Hoon Kim, del Centro de Investigación de Energía Cuántica (Q-Centre) en Seúl, Corea, y por con Young-Wan Kwon, de la Universidad de Corea, asegura haber logrado por primera vez en la historia un superconductor a temperatura y presión ambientes, lo que supondría una revolución; y más aún si se tiene en cuenta que el material, llamado LK-99, es sencillo de obtener. Está basado en apatita de plomo dopada con cobre. Sin embargo, el trabajo, todavía no revisado por pares (puede leerse en arXiv:2307.12037) y del que no se conoce a qué revista científica fue enviado para su publicación, fue recibido con escepticismo por sus colegas.
“Personalmente, no me resultan obvios los resultados que muestran –comenta Julio Guimpel, docente del Instituto Balseiro, e investigador del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Comisión Nacional de Energía Atómica–. Por ejemplo, ellos dicen que llevan la resistencia a cero, pero cuando uno mira los datos, no queda claro si están viendo una resistencia nula o muy pequeña. Dan algunos criterios según los cuales sí sería un superconductor, pero por otro lado no dicen cuáles son las dimensiones de las muestras. O sea, no se puede comparar lo que se ve en los gráficos con los números que dan. Hay aspectos de la publicación que resultan dudosos”.
“A mí me llamó un poco la atención –coincide Carlos Acha, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA e investigador principal del Conicet en el Laboratorio de Bajas Temperaturas–. Fueron cuidadosos en el sentido de que para que haya superconductividad, [el material] debe mostrar por lo menos dos propiedades: que la resistencia sea cero por debajo de una cierta temperatura y, al mismo tiempo, que en ese rango de temperaturas sea un ‘diamagneto’ perfecto; esto significa que expulsa el campo magnético de su interior. Si no se dan las dos propiedades, no es superconductividad, porque a veces hay transiciones de fase que hacen que un material cambie tanto que ‘parece’ que la resistencia fuera cero. Pero si no está acompañado de ‘diamagnetismo’ [propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos], no es superconductividad. Ellos muestran estos dos resultados. Se ve una caída importante en la resistencia, también se ve diamagnetismo y hay ciertas ‘corrientes críticas’ (cuando a un superconductor se lo va sometiendo a una corriente cada vez más grande, se supone que hay un momento en el que la corriente alcanza un valor crítico y deja de serlo), pero para mí los resultados son un poco raros, no se parecen a los tradicionales. Hay que validarlo”.
Según cuenta Acha en un artículo de divulgación (https://www.df.uba.ar/es/prensa/8145-buscando-la-superconductividad-de-temperatura-ambiente), cuando en 1911 Kamerlingh Onnes y colaboradores vieron que el mercurio a 4° K se convertía en un conductor perfecto, descubrieron un nuevo estado electrónico y abrieron un campo de investigación que despierta enorme interés científico y tecnológico. “Han habido muchísimos esfuerzos a lo largo de todos estos años –explica–. Durante mi posdoctorado, trabajé un tiempo en Grenoble (Francia) haciendo experimentos con alta presión sobre distintos materiales para ver hasta dónde podíamos subir la temperatura mientras se mantenía la superconductividad. Pero era difícil de lograr, siempre encontramos un máximo. De hecho, tuvimos un récord de temperatura a alta presión durante 10 o 15 años. En los últimos años, se presentaron trabajos de altísimas presiones aplicadas a ciertos compuestos que obtuvieron resultados de temperaturas muy cercanas a la ambiente, pero con presiones de más de dos millones de atmósferas. Hasta ahora, nunca a presión ambiente”.
Estas dificultades hicieron que hasta ahora la superconductividad sólo se pudiera aprovechar para usos muy puntuales. Un caso muy difundido es el del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, según sus siglas en inglés), cuyos 10.000 gigantescos imanes superconductores, que recorren un anillo de 27 km de circunferencia sepultado a 100 metros de profundidad en la frontera franco-suiza permitieron probar la existencia de una nueva partícula subatómica, el bosón de Higgs.
En un plano más cotidiano, se usa en la resonancia magnética nuclear. “Lo que hay adentro del anillo de la máquina, además de los sensores, es una bobina solenoide [hilo metálico cubierto y enrollado sobre un cilindro] con un material superconductor de los tradicionales inmersa en helio líquido (a -269° C) que justamente genera un campo magnético muy estable en el tiempo, y eso hace que las imágenes sean mucho más nítidas”, explica Acha.
Gracias a tecnologías superconductoras, el tren que va del aeropuerto a la ciudad de Shangai también se mantiene levitado por dos imanes que se repelen. Pero para aplicaciones más masivas, la ecuación económica “no cierra”.
“El mundo de la electricidad está dominado por el magnetismo –agrega Guimpel–. Los generadores de electricidad funcionan a través de imanes. Los resonadores hospitalarios tienen que llenarse de helio líquido cada seis meses, que cuesta alrededor de 60 dólares el litro y cargan alrededor de 200 o 300 l.
Para aprovechar la superconductividad, hasta ahora necesariamente hay que agregarle algo para enfriar, y eso gasta energía. Para dar un ejemplo, se estima que de la electricidad que produce El Chocón, alrededor de un 30% se pierde solo por el calor que irradian los 1500 km de cables que la traen a Buenos Aires. Si uno tuviera cables superconductores que soportaran esa cantidad de corriente, no habría que gastar energía en enfriar y se ahorraría un 30% de pérdida. El problema es que hoy, lograr eso costaría más que lo que se ahorra. Si se consiguiera un material superconductor a temperatura y presión atmosférica, automáticamente podría ganarse un 30% más de energía. Por otra parte, un avance como ese daría acceso a otro tipo de electrónica, que abriría nuevas puertas”.
Otro aspecto por confirmar en el experimento coreano es el de la "corriente crítica", una propiedad de los superconductores que mantiene la resistencia en cero hasta cierta cantidad de corriente, más allá de la cual hay mecanismos por los cuales empiezan a disipar energía y dejan de serlo. “Incluso en caso de que el nuevo superconductor que propone este equipo lo fuera, hay que ver cuánta corriente es capaz de transportar”, subraya Guimpel.
Las presiones muy altas (inimaginables para un uso práctico) lo que hacen es modificar las distancias atómicas. “En algunos casos, lo que sucede es que se eleva la temperatura en la que [un material] se hace superconductor –destaca Acha–, pero en estructuras que hay que modificar tanto que naturalmente no se puede conseguir a presión ambiente”.
Esta incredulidad también se extendió en el escenario internacional, según consigna Science Media Center (SMC) Reino Unido. “Aunque los resultados presentados son potencialmente apasionantes (…) solo cuando sean verificados por muchos grupos estaremos preparados para abrazar la tan buscada superconductividad a temperatura ambiente”, opinó Amalia Coldea, catedrática asociada de Materiales Cuánticos de la Universidad de Oxford.
Por su parte, Toby Perring, del Science and Technology Facilities Council (STFC), consideró que “De corroborarse, sería sin duda un descubrimiento muy emocionante. Por supuesto, las afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias, y es importante que se siga el proceso de revisión por pares independientes. Para que el descubrimiento sea aceptado, otros grupos de investigación deben ser capaces de sintetizar el material y reproducir la superconductividad a temperatura ambiente, eliminando al mismo tiempo otros fenómenos físicos que podrían haber dado lugar a firmas experimentales similares”.
“El reciente preprint de Lee, Kim y Kwon es interesante, pero aún no del todo convincente”, dijeron Susannah Speller, catedrática de Ciencia de Materiales de la Universidad de Oxford, y Chris Grovenor, catedrático de Materiales de la Universidad de Oxford.
Es más, en los últimos días, dudas sobre un trabajo previo de Ranga Dias, investigador de la Universidad de Rochester, que afirmaba haber convertido un material relativamente común en superconductor a los 15° C con presiones de dos millones de atmósferas, llevaron a su retractación por parte de la Universidad y de la revista Nature, que lo había publicado.
En su paper, el equipo surcoreano no se priva de hacer afirmaciones exaltadas: “Creemos que nuestro desarrollo será un evento histórico que abrirá una nueva era a la humanidad”, escriben.
Poco después, en otro preprint, esta vez firmado por Lee y Kim en colaboración con Sungyeon Im, SooMin An y Keun Ho Auh, además de Hyun-Tak Kim, físico del Colegio de Guillermo y María (Estados Unidos), repitieron muchos de los asombrosos detalles del primero, cuenta Margaret Harris en Physics World (https://physicsworld.com/a/have-scientists-in-korea-discovered-the-first-room-temperature-ambient-pressure-superconductor/?fbclid=IwAR3g5vZ3yaovd1OQKkI3PtPVhZq0VcZF6uVqVkaDYumg0R8j-Wc89yB8jtU).
En todo caso, dadas las escasas dificultades que presenta producir el compuesto, no pasará mucho tiempo antes de que se dilucide esta incógnita que, si se confirmara el hallazgo, sería motivo de un Nobel. En el país, ya hay equipos tratando de hacerlo. “Si llega a ser cierto, es la noticia del siglo –bromea Guimpel–. Debe haber medio millón de científicos tratando de hacerlo en laboratorios chinos”.
Ahora, un equipo de científicos surcoreanos integrado por Sukbae Lee y Ji-Hoon Kim, del Centro de Investigación de Energía Cuántica (Q-Centre) en Seúl, Corea, y por con Young-Wan Kwon, de la Universidad de Corea, asegura haber logrado por primera vez en la historia un superconductor a temperatura y presión ambientes, lo que supondría una revolución; y más aún si se tiene en cuenta que el material, llamado LK-99, es sencillo de obtener. Está basado en apatita de plomo dopada con cobre. Sin embargo, el trabajo, todavía no revisado por pares (puede leerse en arXiv:2307.12037) y del que no se conoce a qué revista científica fue enviado para su publicación, fue recibido con escepticismo por sus colegas.
“Personalmente, no me resultan obvios los resultados que muestran –comenta Julio Guimpel, docente del Instituto Balseiro, e investigador del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Comisión Nacional de Energía Atómica–. Por ejemplo, ellos dicen que llevan la resistencia a cero, pero cuando uno mira los datos, no queda claro si están viendo una resistencia nula o muy pequeña. Dan algunos criterios según los cuales sí sería un superconductor, pero por otro lado no dicen cuáles son las dimensiones de las muestras. O sea, no se puede comparar lo que se ve en los gráficos con los números que dan. Hay aspectos de la publicación que resultan dudosos”.
“A mí me llamó un poco la atención –coincide Carlos Acha, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA e investigador principal del Conicet en el Laboratorio de Bajas Temperaturas–. Fueron cuidadosos en el sentido de que para que haya superconductividad, [el material] debe mostrar por lo menos dos propiedades: que la resistencia sea cero por debajo de una cierta temperatura y, al mismo tiempo, que en ese rango de temperaturas sea un ‘diamagneto’ perfecto; esto significa que expulsa el campo magnético de su interior. Si no se dan las dos propiedades, no es superconductividad, porque a veces hay transiciones de fase que hacen que un material cambie tanto que ‘parece’ que la resistencia fuera cero. Pero si no está acompañado de ‘diamagnetismo’ [propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos], no es superconductividad. Ellos muestran estos dos resultados. Se ve una caída importante en la resistencia, también se ve diamagnetismo y hay ciertas ‘corrientes críticas’ (cuando a un superconductor se lo va sometiendo a una corriente cada vez más grande, se supone que hay un momento en el que la corriente alcanza un valor crítico y deja de serlo), pero para mí los resultados son un poco raros, no se parecen a los tradicionales. Hay que validarlo”.
Según cuenta Acha en un artículo de divulgación (https://www.df.uba.ar/es/prensa/8145-buscando-la-superconductividad-de-temperatura-ambiente), cuando en 1911 Kamerlingh Onnes y colaboradores vieron que el mercurio a 4° K se convertía en un conductor perfecto, descubrieron un nuevo estado electrónico y abrieron un campo de investigación que despierta enorme interés científico y tecnológico. “Han habido muchísimos esfuerzos a lo largo de todos estos años –explica–. Durante mi posdoctorado, trabajé un tiempo en Grenoble (Francia) haciendo experimentos con alta presión sobre distintos materiales para ver hasta dónde podíamos subir la temperatura mientras se mantenía la superconductividad. Pero era difícil de lograr, siempre encontramos un máximo. De hecho, tuvimos un récord de temperatura a alta presión durante 10 o 15 años. En los últimos años, se presentaron trabajos de altísimas presiones aplicadas a ciertos compuestos que obtuvieron resultados de temperaturas muy cercanas a la ambiente, pero con presiones de más de dos millones de atmósferas. Hasta ahora, nunca a presión ambiente”.
Estas dificultades hicieron que hasta ahora la superconductividad sólo se pudiera aprovechar para usos muy puntuales. Un caso muy difundido es el del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, según sus siglas en inglés), cuyos 10.000 gigantescos imanes superconductores, que recorren un anillo de 27 km de circunferencia sepultado a 100 metros de profundidad en la frontera franco-suiza permitieron probar la existencia de una nueva partícula subatómica, el bosón de Higgs.
En un plano más cotidiano, se usa en la resonancia magnética nuclear. “Lo que hay adentro del anillo de la máquina, además de los sensores, es una bobina solenoide [hilo metálico cubierto y enrollado sobre un cilindro] con un material superconductor de los tradicionales inmersa en helio líquido (a -269° C) que justamente genera un campo magnético muy estable en el tiempo, y eso hace que las imágenes sean mucho más nítidas”, explica Acha.
Gracias a tecnologías superconductoras, el tren que va del aeropuerto a la ciudad de Shangai también se mantiene levitado por dos imanes que se repelen. Pero para aplicaciones más masivas, la ecuación económica “no cierra”.
“El mundo de la electricidad está dominado por el magnetismo –agrega Guimpel–. Los generadores de electricidad funcionan a través de imanes. Los resonadores hospitalarios tienen que llenarse de helio líquido cada seis meses, que cuesta alrededor de 60 dólares el litro y cargan alrededor de 200 o 300 l.
Para aprovechar la superconductividad, hasta ahora necesariamente hay que agregarle algo para enfriar, y eso gasta energía. Para dar un ejemplo, se estima que de la electricidad que produce El Chocón, alrededor de un 30% se pierde solo por el calor que irradian los 1500 km de cables que la traen a Buenos Aires. Si uno tuviera cables superconductores que soportaran esa cantidad de corriente, no habría que gastar energía en enfriar y se ahorraría un 30% de pérdida. El problema es que hoy, lograr eso costaría más que lo que se ahorra. Si se consiguiera un material superconductor a temperatura y presión atmosférica, automáticamente podría ganarse un 30% más de energía. Por otra parte, un avance como ese daría acceso a otro tipo de electrónica, que abriría nuevas puertas”.
Otro aspecto por confirmar en el experimento coreano es el de la "corriente crítica", una propiedad de los superconductores que mantiene la resistencia en cero hasta cierta cantidad de corriente, más allá de la cual hay mecanismos por los cuales empiezan a disipar energía y dejan de serlo. “Incluso en caso de que el nuevo superconductor que propone este equipo lo fuera, hay que ver cuánta corriente es capaz de transportar”, subraya Guimpel.
Las presiones muy altas (inimaginables para un uso práctico) lo que hacen es modificar las distancias atómicas. “En algunos casos, lo que sucede es que se eleva la temperatura en la que [un material] se hace superconductor –destaca Acha–, pero en estructuras que hay que modificar tanto que naturalmente no se puede conseguir a presión ambiente”.
Esta incredulidad también se extendió en el escenario internacional, según consigna Science Media Center (SMC) Reino Unido. “Aunque los resultados presentados son potencialmente apasionantes (…) solo cuando sean verificados por muchos grupos estaremos preparados para abrazar la tan buscada superconductividad a temperatura ambiente”, opinó Amalia Coldea, catedrática asociada de Materiales Cuánticos de la Universidad de Oxford.
Por su parte, Toby Perring, del Science and Technology Facilities Council (STFC), consideró que “De corroborarse, sería sin duda un descubrimiento muy emocionante. Por supuesto, las afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias, y es importante que se siga el proceso de revisión por pares independientes. Para que el descubrimiento sea aceptado, otros grupos de investigación deben ser capaces de sintetizar el material y reproducir la superconductividad a temperatura ambiente, eliminando al mismo tiempo otros fenómenos físicos que podrían haber dado lugar a firmas experimentales similares”.
“El reciente preprint de Lee, Kim y Kwon es interesante, pero aún no del todo convincente”, dijeron Susannah Speller, catedrática de Ciencia de Materiales de la Universidad de Oxford, y Chris Grovenor, catedrático de Materiales de la Universidad de Oxford.
Es más, en los últimos días, dudas sobre un trabajo previo de Ranga Dias, investigador de la Universidad de Rochester, que afirmaba haber convertido un material relativamente común en superconductor a los 15° C con presiones de dos millones de atmósferas, llevaron a su retractación por parte de la Universidad y de la revista Nature, que lo había publicado.
En su paper, el equipo surcoreano no se priva de hacer afirmaciones exaltadas: “Creemos que nuestro desarrollo será un evento histórico que abrirá una nueva era a la humanidad”, escriben.
Poco después, en otro preprint, esta vez firmado por Lee y Kim en colaboración con Sungyeon Im, SooMin An y Keun Ho Auh, además de Hyun-Tak Kim, físico del Colegio de Guillermo y María (Estados Unidos), repitieron muchos de los asombrosos detalles del primero, cuenta Margaret Harris en Physics World (https://physicsworld.com/a/have-scientists-in-korea-discovered-the-first-room-temperature-ambient-pressure-superconductor/?fbclid=IwAR3g5vZ3yaovd1OQKkI3PtPVhZq0VcZF6uVqVkaDYumg0R8j-Wc89yB8jtU).
En todo caso, dadas las escasas dificultades que presenta producir el compuesto, no pasará mucho tiempo antes de que se dilucide esta incógnita que, si se confirmara el hallazgo, sería motivo de un Nobel. En el país, ya hay equipos tratando de hacerlo. “Si llega a ser cierto, es la noticia del siglo –bromea Guimpel–. Debe haber medio millón de científicos tratando de hacerlo en laboratorios chinos”.
Con información de
El Destape
