Avances en el transporte de electricidad en superconductores

Investigadores del Instituto de Investigación de Nanociencia de Aragón (INA) de la Universidad de Zaragoza (UZ) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA, instituto mixto UZ-CSIC) han conseguido en un estudio internacional un nuevo método para mejorar eltransporte de corriente eléctrica en materiales superconductores, sin pérdidas y de forma más accesible y a un menor costa.

En el estudio, Magnetic field-induced dissipation-free state in superconducting nanostructures, que publica hoy la revista Nature Communications, han participado los científicos Ricardo Ibarra, Javier Sesé, Rosa Córdoba, por parte del INA, y José María De Teresa, por parte del ICMA.

Los superconductores pueden transportar corriente eléctrica sin pérdidas –resistencia cero– por debajo de unos valores de temperatura y campo magnético, llamados críticos. Sin embargo, en la práctica, resulta imprescindible enfriar los superconductores muy por debajo de la temperatura crítica, ya que sus propiedades se degradan notablemente cerca de dichos valores críticos.

Este enfriamiento es costoso y los investigadores buscan desde hace décadas métodos que permitan obtener resistencia cero cerca de dichos valores críticos, es decir, conseguir las mismas propiedades y eficacia en el transporte de la corriente eléctrica, pero a temperaturas más cercanas a la temperatura ambiente. Por regla general, la aparición de resistencia eléctrica en los superconductores está asociada con el movimiento de vórtices, diminutos 'tornados cuánticos' formados por parejas de electrones circulando alrededor de un núcleo de tamaño nanométrico.

Ahora, en el nuevo  trabajo, se proporciona un nuevo método para inmovilizar dichos vórtices, de tal manera, que es posible aumentar, hasta cerca de los valores críticos, el rango del transporte de corriente sin pérdidas.

Pero además, los autores de esta investigación han preparado muestras superconductoras de diversas geometrías utilizando técnicas de nanofabricación muy avanzadas existentes en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas de la Universidad de Zaragoza. Así, han encontrado geometrías que son particularmente eficaces para impedir el movimiento de vórtices justo cuando es más dañino para la superconductividad: cerca de los valores críticos.

Vía para investigar vórtices en nanoestructuras

Esta investigación abre una nueva vía para investigar vórtices en nanoestructuras. En el artículo se proponen nuevos conceptos, como que en hilos, con unas dimensiones laterales tales que solo puede entrar una fila de vórtices, se crean unas barreras laterales. Estas crecen conforme los vórtices están más juntos y que los mantienen fijos de una forma muy eficaz, aunque aumente la temperatura dentro de un cierto rango.

El resultado es "sorprendente", según los autores. La resistencia eléctrica de los superconductores estudiados cae bruscamente al incrementar la temperatura o el campo magnético, justo cuando se esperaría que la superconductividad desaparezca.

Los investigadores prosiguen con su colaboración e intentarán observar el agrupamiento de vórtices por técnicas de microscopía avanzadas. El objetivo es ayudar a desarrollar el potencial tecnológico de los superconductores.

Muchos científicos son optimistas con respecto a la idea de poder encontrar, algún día, un material superconductor a temperatura ambiente. Pero también piensan que dicho material, todavía hipotético, sería poco interesante para las aplicaciones, ya que en él los vórtices se moverían con demasiada facilidad.

El descubrimiento presentado en este trabajo proporciona nuevas ideas para encontrar métodos de fabricación que hagan posible, entre otras cosas, el uso de los superconductores para un transporte más accesible y económico de la corriente eléctrica.