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sostienen indefinidamente

corrientes elctricas aun sin

fuentes externas tales como

una batera. As, mientras

que siempre deseamos que

una secadora de pelo o un

tostador de pan se calienten

al mximo ante el paso de la

ms mnima corriente elc-

trica, en un superconductor

aprovechamos que no se

calienta.

Con el descubrimiento en

1986 de los superconduc-

tores cupratos se inici una

carrera caracterizada por una

rpida subida de los valores

de Tc que rebas en 1987 la

temperatura de ebullicin del

nitrgeno lquido (77 grados

de la tecnologa

Con el inicio del ao 2004 se realiz el primer viaje del tren

de levitacin magntica que

une la ciudad de Shanghai

con su aeropuerto. El mono-

rriel maglev alemn recorri

los 30 kilmetros de distancia

que separan la estacin Long

Yang del Aeropuerto Inter-

nacional Pudong en tan slo

ocho minutos. Su velocidad

mxima es de 450 kilmetros

por hora. Un ao antes, se

termin la construccin del

tren maglev experimental ja-

pons, llamado el Yamanashi,

que alcanza una velocidad

mxima de 552 kilmetros

por hora. La levitacin mag-

ntica o maglev (magnetically

levitated, por su abreviacin

en ingls) en los modernos

trenes flotantes es posible

gracias a la superconducti-

vidad que, entre otras pro-

piedades, muestra el efecto

Meissner, que es la expulsin

de cualquier campo magnti-

co del interior de un material

superconductor.

La superconductividad es

un fenmeno fsico que se

manifiesta como la prdida

repentina de la resistencia

elctrica al enfriarse por

debajo de una temperatura

llamada crtica, Tc . Al no tener

resistencia, estos materiales

no sufren prdidas de energa

en forma de calor, por lo que

Superconductores

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CIENCIAS 88 OCTUBRE DICIEMBRE 2007

Manuel de Llano, Susana Ramrez y Miguel ngel Sols

kelvin, K) y que fue el primer

superconductor verdadero de

alta temperatura. Sin embar-

go, la Tc ms alta conseguida

hasta la fecha es de apenas

164 K, o bien de menos

109 Celsius, C. De modo que

an deben utilizarse costosos

y complicados sistemas de

refrigeracin con base en

helio o nitrgeno lquidos para

mantener el superconductor

a esa bajsima temperatura

de operacin. No obstante,

persiste el ideal de encontrar

este fenmeno a tempera-

turas ambiente 300 K, o

27 C lo que permitira usar

el agua como refrigerante.

Esa bsqueda frentica no

es banal ya que bien se sabe

que al descubrirse supercon-

ductores con temperaturas

crticas ambientales, las

aplicaciones superaran a las

simplemente experimentales

o los costossimos prototipos

de proyectos; es decir, se

volveran comerciales.

Actualmente, aunque slo

se han realizado muy pocas

aplicaciones utilizando su-

perconductores cuyas Tc no

rebasan 23 K, las posibles

aplicaciones de los supercon-

ductores de alta temperatura

crtica haran factibles verda-

deras revoluciones en diver-

sas industrias.

En la industria mdica

posibilitara la construccin

de escneres de tomografas

mdicas porttiles y de bajo

costo; por ejemplo, de reso-

nancia magntica nuclear

(MRI, por sus siglas del ingls).

Actualmente, una sola ima-

gen MRI completa del cuerpo

humano llega a costar en

Mxico alrededor de 20 mil

pesos. En la industria de los

equipos de cmputo podran

fabricarse supercomputado-

ras ultrarrpidas del tamao

de una caja de zapatos

que realizaran un teraflop

(un milln de millones, o 1012)

de operaciones por segundo.

O semiconductores mil ve-

ces ms rpidos y mil veces

menos calientes. Tambin

impactara en el procesamien-

to de imgenes digitales para

fbricas automatizadas, siste-

mas de seguridad, bsqueda

de huellas digitales idnticas,

editoras de escritorio, anlisis

de movimientos, etctera.

En los transportes terres-

tres, adems de los trenes

maglev, podran construirse

coches elctricos baratos y

potentes que no contaminen

o generadores superconduc-

tores en embarcaciones que

reemplacen los gigantescos

ejes de transmisin mecni-

cos actuales. Mientras que

en la industria espacial los

superconductores de alta

temperatura contribuiran a

que el lanzamiento de cohe-

tes sea mucho ms efectivo,

adems de permitir construir

cohetes que requieran mucho

menos combustible, capaces

de llevar cargas mayores.

Por su parte, la generacin,

almacenamiento y transmisin

de energa elctrica tambin

se beneficiara del desarrollo

de estos superconductores.

Se podra generar energa

limpia, barata y abundante

a partir de las fusiones nu-

cleares de diversos istopos

de hidrgeno producidas

gracias a campos magn-

ticos muy intensos, lo cual

permitira multiplicar la po-

tencia elctrica producida

actualmente por generadores

de alta temperaturaalgunas aplicaciones

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convencionales. Tambin

podran crearse botellas

magnticas que almacenen

energa elctrica indefinida-

mente para utilizarse en horas

de mayor consumo; lneas de

transmisin superconducto-

ras que transmitan corriente

sin prdidas de energa las

prdidas actuales son de

20%, o nuevos tipos de

bateras recargables que

almacenen enormes energas.

Aunado a ello, se obtendra

una densidad de corriente la

cantidad de corriente elctri-

ca capaz de transmitirse por

unidad de rea transversal

del superconductor mil

veces mayor que la de un

cableado domstico de cobre

y se construiran estaciones

hidroelctricas que enven la

energa a miles de kilmetros

de distancia sin prdidas por

resistencia elctrica. Habra

electrodomsticos de bajo

consumo de energa, motores

superconductores que no

requieran recargarse o gene-

radores elctricos diez veces

ms pequeos.

A todas estas aplicacio-

nes potenciales se puede

agregar: la construccin de

aceleradores ms pequeos

de partculas elementales;

sistemas magnticos para ex-

traer impurezas del agua, del

carbn, del barro y de muchas

otras sustancias; sensores

que midan las pequesimas

variaciones del campo mag-

ntico terrestre para localizar

depsitos de petrleo y de

minerales, o aparatos mecni-

cos sin friccin.

Premios Nobel

Desde que Heike Kamerlingh

Onnes descubri en 1911 la

superconductividad en una

muestra de mercurio con una

Tc de 4.2 K, lo novedoso y

la riqueza de los fen-

menos fsicos

microscpicos

con los que est asociada,

as como las expectativas de

sus mltiples aplicaciones, la

han convertido en una de las

ramas de la fsica ms prol-

fera en el ltimo siglo, como

lo prueban los numerosos

premios Nobel de fsica que,

directa o indirectamente, ha

generado. Onnes lo recibi en

1913 por sus investigaciones

sobre propiedades de la mate-

ria a bajas temperaturas, que

lo llevaron, entre otras cosas,

a la produccin del helio lqui-

do, en palabras del comit; en

1972 J. Bardeen, L. N. Cooper

y J. R. Schrieffer lo obtuvieron

por desarrollar conjuntamente

la teora de la superconducti-

vidad conocida comnmente

como la teora BCS; en 1973

lo gan B. D. Josephson por

sus predicciones tericas

de las propiedades de una

supercorriente a travs de

una barrera de tune-

laje, en especial

de aquellos

fenmenos conocidos como

efectos de Josephson, junto

con L. Esaki e I. Giaever que

compartieron este premio por

sus descubrimientos experi-

mentales en fenmenos de

tunelaje en semiconductores y

superconductores, respectiva-

mente; en 1987 K. A. Mller y

J. G. Bednorz lo ganaron por

el importante avance del des-

cubrimiento de superconduc-

tividad en materiales cermi-

cos y, por ltimo, en 2003 se

lo otorgaron a A. A. Abrikosov,

V. L. Ginzburg y A. J. Leggett

por sus contribuciones pione-

ras a la teora de la supercon-

ductividad y superfluidez.

Es muy probable que quie-

nes descubran experimen-

talmente el superconductor

a temperatura ambiente, o

describan tericamente el pro-

ceso microscpico cuntico

causante de la superconduc-

tividad de alta Tc sern fuertes

candidatos para ganar un fu tu-

ro premio Nobel de fsica.

Manuel de LlanoInstituto de Investigaciones en Materiales,Miguel ngel SolsInstituto de Fsica, Universidad Nacional Autnoma de Mxico.Susana RamrezDepartamento de Fsica, Universidad Autnoma Metropolitana-Iztapalapa.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICASHo-Kim, Q., N. Kumar y C. S. Lam 2004. Invitation to Contemporary Physics, en World Scientific, Singapur (2a ed.).

Chu, P. C. W. 1995. High-Temperature Supercon-ductors, en Scientific American, nm. 273, p. 162.

Cornell, E. A. & C. E. Wieman 1998. The Bose-Einstein Condensation, en Scientific American, nm. 278, p. 40.

REFERENCIAS DE LA REDhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/scapp.htmlhttp://www.superconductors.org

IMGENESTipos y prototipos de trenes y vietas de partes me-cnicas, siglo XX.