Avances en superconductores: ¿Podría LK-99 revolucionar la eficiencia energética y la tecnología?

La eficiencia de la electricidad es un área que aún puede mejorar considerablemente. Sin embargo, la electricidad que viaja a lo largo de un superconductor apenas pierde energía en el camino.

Los superconductores actuales funcionan en entornos especiales costosos, pero ¿y si eso pudiera cambiar?

Esa es la premisa detrás de LK-99, un posible material superconductor que científicos en Corea del Sur afirman haber desarrollado, y que ha estado dominando titulares y publicaciones en redes sociales en la última semana.

El material LK-99 es un compuesto compuesto por plomo, oxígeno y fósforo, según describen los científicos en dos documentos previos a la revisión por pares. Discuten cómo doparon el material con cobre, lo que, especulan, podría haber distorsionado la cadena de átomos de plomo, creando canales a lo largo de los cuales ocurre la superconductividad, según Science.

Sin embargo, muchos expertos son escépticos de que el material realmente haga lo que afirman los científicos. Por lo tanto, si LK-99 es realmente un avance, aún está por verse hasta que otros puedan replicar sus resultados.

Con ese fin, algunos expertos están intentando replicar los resultados, pero este Santo Grial ha eludido a los científicos durante muchos años, por lo que las perspectivas todavía están lejos, según expertos consultados por Insider.

Por qué los superconductores a temperatura ambiente son tan esquivos «El Santo Grial sería obtener algo que fuera superconductor a temperatura ambiente», dijo Leonard Kahn, presidente del departamento de física de la Universidad de Rhode Island.

El problema es que los científicos están jugando a adivinar por ahora, reemplazando materiales para intentar elevar la temperatura crítica.

Elementos como el tantalio y el mercurio tienen capacidades superconductoras, por ejemplo, pero deben enfriarse a aproximadamente -450 grados Fahrenheit. Algunos compuestos se vuelven superconductores a temperaturas más altas y pueden enfriarse con nitrógeno líquido a alrededor de -320 grados Fahrenheit.

Sin embargo, otros materiales se vuelven superconductores a temperaturas más cálidas, «pero necesitas tenerlos bajo presiones tan altas que son imprácticos para cualquier aplicación», dijo Kahn.

LK-99 no es la primera afirmación de su tipo. Ha habido intentos similares en el pasado que no parecen haber tenido éxito. Un artículo sobre el tema, publicado en la revista científica Nature en 2020, fue posteriormente retractado.

En última instancia, lograr un superconductor a temperatura ambiente «requeriría avances en la comprensión de los principios fundamentales detrás de la superconductividad, inventar nuevos materiales o descubrir nuevas formas de aumentar la temperatura crítica», dijo Edwin Fohtung, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el Rensselaer Polytechnic Institute, en un correo electrónico a Insider.

Dónde y cómo se usan los superconductores en la actualidad «No es que no tengamos superconductores, pero solo podemos hacer que funcionen bajo presiones extremadamente altas y a muy bajas temperaturas», dijo Elif Akçalı, profesora asociada en la Universidad de Florida, que enseña ingeniería industrial y de sistemas.

«Cuando ese es el caso, estás invirtiendo tanta energía para que funcione», dijo Akçalı. «Desde una perspectiva empresarial, está perdiendo valor».

Los superconductores expulsan campos magnéticos y son diamagnéticos, un fenómeno conocido como el efecto Meissner. «Si pones un imán cerca, se oponen al imán, y los imanes realmente flotan sobre ellos», dijo Kahn.

Actualmente, las máquinas de resonancia magnética (MRI), las computadoras cuánticas y los trenes de levitación magnética utilizan la superconductividad. Enfriar un imán de MRI requiere alrededor de 2,000 litros de helio líquido, lo cual es costoso y escaso.

Sin embargo, si los investigadores pudieran encontrar un superconductor a temperatura ambiente, sería un avance importante para la energía, el transporte y muchas otras industrias. Por ejemplo, en las estaciones de energía:

«Si tuvieras cables superconductores en lugar de los cables regulares que están utilizando, sería equivalente a tener entre un 5% y un 10% más de estaciones de energía, y no estarías emitiendo más carbono a la atmósfera», dijo Kahn. «Las oportunidades para eso serían enormes, pero aún no hemos llegado allí».

Cualquier uso revolucionario de los superconductores llevará tiempo Aún estamos lejos de realizar un cambio radical en el uso de superconductores, según los expertos. Como mínimo, varios laboratorios primero deberán repetir y verificar el experimento para asegurarse de que LK-99, o algo similar, realmente funcione.

E incluso un material funcional significaría que las empresas tendrán que cambiar la forma en que fabrican cosas.

Tomemos el caso de los chips, por ejemplo. Aún queda la pregunta de si este tipo de material superconductor puede incorporarse con éxito en el proceso de fabricación de chips de una manera económicamente viable y no demasiado engorrosa, dijo Siddharth Joshi, profesor asistente de ciencias de la computación e ingeniería en la Universidad de Notre Dame.

«Actualmente, no diseñamos chips asumiendo que puedas tener superconductores en ellos», dijo Joshi.

«Usar superconductores en el diseño de los chips podría llevar a diseños interesantes, pero la tecnología primero tendría que estar lo suficientemente madura como para usarla en los chips», dijo.

Pero nuevamente, si funciona, eso podría significar que podemos producir chips que requieren menos energía para funcionar, lo que significa que pueden hacer más y ocupar menos espacio. Tus teléfonos y laptops, por ejemplo, podrían ser aún más compactos, dijo Navid Asadi, profesor de ingeniería eléctrica y computación en la Universidad de Florida.

Los chips de baja energía también podrían ayudar a las máquinas a hacer mucho más. Para las tecnologías más nuevas, como los vehículos eléctricos y autónomos, puede significar ayudarlos a navegar mejor por las preguntas que encuentran en los trayectos, dijo Asadi.

«¿Debo mantener el coche entre las líneas? ¿Voy a adelantar a este coche? ¿Debo frenar? ¿Debo ajustar mi velocidad? Estas son decisiones que se toman constantemente en los chips, y necesitan energía», dijo. «Por lo tanto, los chips de baja potencia son un área importante en el diseño de chips».

La posibilidad de que los chips puedan ser más rápidos y eficientes gracias a los superconductores también significa que podrían admitir las grandes cantidades de potencia de cómputo y energía necesarias para sostener otros esfuerzos de inteligencia artificial, incluida la IA generativa, dijo Dale Rogers, experto en cadenas de suministro y profesor en la escuela de negocios de la Universidad Estatal de Arizona.

«Este tipo de avance en superconductores, si es real, realmente puede permitir avances enormes y habilidades de procesamiento en la inteligencia artificial», dijo.