Investigación en superconductores
Son las dos de la madrugada en un laboratorio nacional de Estados Unidos.
Dentro de un refrigerador de dilución, a una temperatura incluso más baja que la del espacio profundo, un grupo de investigadores intenta averiguar por qué un cúbit superconductor pierde su estado cuántico antes de lo previsto.
El problema puede estar en una imperfección microscópica.
Una fina capa de óxido, una pequeña contaminación en la superficie o una cantidad casi imperceptible de calor pueden ser suficientes para alterar todo el cálculo.
A esa misma hora, en China, otro equipo coloca una muestra diminuta entre dos puntas de diamante. La presión aplicada puede acercarse a la que existe en el interior de un planeta.
Los científicos observan la resistencia eléctrica mientras buscan una nueva fase superconductora capaz de aparecer a temperaturas más elevadas.
Mientras tanto, en Japón, los ingenieros enrollan largas cintas superconductoras para fabricar un imán de alta precisión.
No solo quieren comprobar si el material transporta corriente sin resistencia. También necesitan saber si soportará años de ciclos térmicos, vibraciones, fuerzas electromagnéticas y funcionamiento industrial.
Los tres países investigan la superconductividad, pero no siguen exactamente la misma estrategia.
Estados Unidos conecta los superconductores con la computación cuántica, los aceleradores de partículas y las empresas privadas de fusión. China apuesta por el descubrimiento de nuevos materiales, las instalaciones científicas de gran escala y los programas nacionales. Japón se apoya en décadas de experiencia en cables superconductores, imanes de precisión, transporte magnético y sistemas energéticos.
La competición mundial ya no consiste únicamente en anunciar la temperatura crítica más alta.
La verdadera carrera consiste en descubrir materiales útiles, fabricarlos con calidad constante, integrarlos en equipos complejos y mantenerlos en funcionamiento durante años.
Por qué los superconductores se han convertido en una tecnología estratégica
Un superconductor es un material que, por debajo de una determinada temperatura crítica, puede transportar corriente eléctrica con una resistencia prácticamente nula.
En un conductor normal, como el cobre, parte de la energía eléctrica se transforma en calor.
Este fenómeno explica por qué los cables, los motores, los transformadores y los componentes electrónicos se calientan durante su funcionamiento.
En un material superconductor, esa pérdida puede reducirse de manera extraordinaria.
Los superconductores también presentan el efecto Meissner, mediante el cual expulsan el campo magnético de su interior. Esta propiedad permite construir imanes capaces de generar campos extremadamente intensos y estables.
En Europa y España, la superconductividad suele asociarse a proyectos científicos como el CERN o el reactor experimental ITER. Sin embargo, la tecnología también está presente en hospitales, laboratorios farmacéuticos y centros universitarios.
Actualmente se utiliza en:
- Equipos de resonancia magnética MRI
- Sistemas de resonancia magnética nuclear NMR
- Aceleradores de partículas
- Sensores magnéticos de gran sensibilidad
- Imanes científicos de alto campo
- Instalaciones experimentales de transmisión eléctrica
En el futuro, podría extenderse a nuevos sectores:
- Computación cuántica
- Reactores de fusión compactos
- Redes eléctricas de alta capacidad
- Motores y generadores superconductores
- Aviación eléctrica
- Trenes de levitación magnética
- Almacenamiento magnético de energía
- Equipos médicos más compactos
Sin embargo, observar superconductividad en una pequeña muestra de laboratorio no significa que el material esté listo para utilizarse en una ciudad, una central eléctrica o un tren.
Un compuesto puede presentar una temperatura crítica muy alta y, al mismo tiempo, ser demasiado frágil, caro o difícil de fabricar.
También puede necesitar una presión tan extrema que resulte imposible utilizarlo fuera de un laboratorio.
| Indicador técnico | Qué representa | Importancia industrial |
|---|---|---|
| Temperatura crítica, Tc | Temperatura máxima en la que aparece la superconductividad | Una Tc más alta puede reducir la dificultad de refrigeración |
| Densidad de corriente crítica, Jc | Corriente que puede transportar el material por unidad de superficie | Determina el rendimiento de cables e imanes |
| Campo crítico superior, Hc2 | Campo magnético máximo que soporta el superconductor | Fundamental para fusión y equipos de alto campo |
| Pérdidas en corriente alterna | Energía perdida al utilizar corriente alterna | Importante en redes eléctricas y motores |
| Resistencia mecánica | Capacidad para soportar tensión, vibración y deformación | Esencial en grandes imanes y vehículos |
| Uniformidad en grandes longitudes | Estabilidad del rendimiento a lo largo del conductor | Decide si puede fabricarse a escala industrial |
| Coste de producción | Precio del conductor útil | Condiciona la comercialización |
Por tanto, un buen superconductor no es simplemente un material con una temperatura crítica elevada.
También debe transportar grandes corrientes, funcionar bajo campos magnéticos intensos, resistir repetidos ciclos de enfriamiento y fabricarse en longitudes de cientos o miles de metros.
Es precisamente en estos puntos donde las estrategias de Estados Unidos, China y Japón comienzan a diferenciarse.
Estados Unidos: computación cuántica, grandes instalaciones y empresas tecnológicas
La principal fortaleza de Estados Unidos es su amplio ecosistema de investigación.
Los laboratorios nacionales, las universidades, las agencias federales, las compañías tecnológicas y las empresas emergentes colaboran dentro de una estructura difícil de reproducir en otros países.
El Departamento de Energía de Estados Unidos gestiona instalaciones como:
- Fermilab
- Brookhaven National Laboratory
- Argonne National Laboratory
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- Oak Ridge National Laboratory
- SLAC National Accelerator Laboratory
Estos centros cuentan con aceleradores, fuentes de radiación sincrotrón, instalaciones de dispersión de neutrones, laboratorios de nanofabricación, sistemas criogénicos e imanes de alto campo.
Una película superconductora puede producirse en una institución, analizarse en otra, convertirse en un dispositivo cuántico dentro de una universidad y terminar integrada en un proyecto empresarial.
La rapidez con la que la investigación básica puede conectarse con una aplicación industrial es una de las mayores ventajas estadounidenses.
Por qué Estados Unidos destaca en computación cuántica superconductora
Los cúbits superconductores son una de las tecnologías más desarrolladas para construir ordenadores cuánticos.
Un ordenador convencional utiliza bits que representan un 0 o un 1.
Un ordenador cuántico utiliza cúbits, capaces de trabajar con combinaciones cuánticas de ambos estados.
En los sistemas superconductores, el componente clave es la unión Josephson.
Una unión Josephson suele estar formada por dos materiales superconductores separados por una capa aislante extremadamente fina. Gracias al efecto túnel cuántico, la corriente puede atravesar esa barrera de una forma que no aparece en los circuitos electrónicos convencionales.
Esta estructura permite crear un circuito que se comporta como un átomo artificial controlable.
Empresas estadounidenses como IBM, Google y Rigetti han desarrollado procesadores basados en cúbits superconductores.
Sin embargo, aumentar el número de cúbits no es suficiente.
Los estados cuánticos son muy frágiles. Pueden degradarse por:
- Defectos en la superficie del material
- Vibraciones electromagnéticas
- Radiación ambiental
- Calor transmitido por los cables
- Imperfecciones en las capas aislantes
- Ruido generado por los sistemas de lectura
El tiempo durante el cual un cúbit mantiene su estado se denomina tiempo de coherencia.
Uno de los principales problemas materiales son los llamados sistemas de dos niveles, conocidos como defectos TLS. Estas imperfecciones microscópicas pueden absorber energía del cúbit y reducir su vida útil.
Por eso, la computación cuántica superconductora no depende únicamente del diseño del chip.
También requiere superficies más limpias, mejores materiales, amplificadores de microondas criogénicos, electrónica de control y sistemas de corrección de errores.
Estados Unidos está tratando el ordenador cuántico como un sistema completo, no como una simple colección de cúbits.
Níquelatos y superconductores no convencionales en Estados Unidos
Estados Unidos también mantiene una posición importante en el estudio de nuevos materiales superconductores.
Entre las familias más investigadas se encuentran:
- Cupratos u óxidos de cobre
- Superconductores basados en hierro
- Níquelatos
- Materiales de grafeno retorcido
- Hidruros sometidos a alta presión
- Superconductores topológicos
Los níquelatos han despertado un interés especial porque presentan algunas similitudes con los cupratos.
Los cupratos pueden alcanzar temperaturas críticas mucho más altas que los superconductores metálicos tradicionales, pero su mecanismo todavía no está completamente explicado.
El estudio comparativo de níquelatos y cupratos puede ayudar a descubrir qué interacciones electrónicas son realmente necesarias para producir superconductividad de alta temperatura.
Una línea de investigación prometedora utiliza la deformación epitaxial.
Cuando una película cristalina muy fina crece sobre un sustrato con una separación atómica diferente, el sustrato puede comprimir o estirar la película.
Esta tensión modifica las distancias entre los átomos, la estructura electrónica y el comportamiento de los orbitales.
En algunos casos, puede reproducir efectos similares a los de una presión externa muy alta.
La ventaja es evidente.
Un material que solo funciona dentro de una celda de presión de diamante será difícil de convertir en un cable. Una película fina cuya estructura haya quedado estabilizada por el sustrato podría integrarse en sensores, circuitos cuánticos o componentes electrónicos especializados.
REBCO y los imanes estadounidenses para la fusión nuclear
Otra gran línea de investigación estadounidense es la fusión.
En un reactor de confinamiento magnético, el plasma debe mantenerse aislado de las paredes del dispositivo mediante campos magnéticos muy intensos.
Cuanto más fuerte sea el campo, mayor puede ser la capacidad de controlar el plasma.
En determinados diseños, los imanes de alto campo permiten reducir el tamaño del reactor sin renunciar al rendimiento.
Uno de los materiales más importantes es REBCO, siglas de óxido de cobre, bario y tierras raras.
El material suele fabricarse en forma de cinta recubierta. Sobre una base metálica se depositan capas muy finas, incluida la capa superconductora.
Las cintas REBCO pueden transportar grandes corrientes incluso bajo campos magnéticos intensos.
El Instituto Tecnológico de Massachusetts y Commonwealth Fusion Systems desarrollaron un gran imán superconductor de alta temperatura capaz de alcanzar aproximadamente 20 teslas.
La cifra es impresionante, pero el aspecto más importante fue otro.
El proyecto demostró que las cintas REBCO podían ensamblarse en una estructura magnética de gran tamaño y relevante para un futuro reactor de fusión compacto.
El modelo estadounidense combina investigación universitaria, financiación pública y empresas privadas capaces de avanzar rápidamente hacia prototipos.
China: descubrimiento de materiales e infraestructuras a escala nacional
La estrategia china se caracteriza por la velocidad y la escala de sus inversiones.
Entre sus centros principales se encuentran el Instituto de Física de la Academia China de Ciencias, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Tsinghua, la Southern University of Science and Technology y los institutos especializados en física del plasma.
China trabaja simultáneamente en:
- Hidruros superconductores a alta presión
- Níquelatos
- Superconductores basados en hierro
- Imanes de alto campo
- Reactores de fusión
- Redes eléctricas superconductoras
- Instalaciones científicas para condiciones extremas
Su principal ventaja consiste en poder desarrollar materiales, equipos, formación de investigadores y cadenas industriales dentro de programas nacionales de largo plazo.
La búsqueda china de superconductividad en níquelatos a presión ambiente
Algunos níquelatos estratificados han mostrado indicios de superconductividad bajo presiones enormes.
El problema es que una presión equivalente a cientos de miles de atmósferas no puede mantenerse fácilmente en un dispositivo comercial.
Los investigadores chinos han estudiado el uso de sustratos para comprimir películas finas y modificar su estructura cristalina.
El objetivo consiste en estabilizar, sin presión externa, una estructura electrónica parecida a la que aparece dentro de una celda de alta presión.
Esta investigación puede aportar dos resultados importantes.
El primero es comprender mejor la relación entre los cupratos y los níquelatos.
El segundo es trasladar un fenómeno observado bajo presión extrema a una película que pueda integrarse en un dispositivo.
No obstante, las afirmaciones sobre superconductividad deben evaluarse con cautela.
Una caída de la resistencia eléctrica es una evidencia importante, pero no siempre es suficiente.
También conviene estudiar:
- El efecto Meissner
- La respuesta magnética
- El campo crítico
- La dependencia respecto a la corriente
- La uniformidad de la muestra
- La reproducción independiente del resultado
En superconductividad, una señal llamativa puede convertirse en un avance histórico o desaparecer cuando otros laboratorios intentan repetirla.
Las instalaciones chinas para condiciones extremas
China ha construido instalaciones capaces de combinar presión extrema, temperaturas muy bajas, campos magnéticos intensos y técnicas avanzadas de medición.
Este tipo de infraestructura resulta especialmente valioso en física de materiales.
Un mismo compuesto puede pasar por distintas fases electrónicas cuando cambian la presión, la temperatura y el campo magnético.
Por esa razón, no siempre basta con enfriar una muestra.
Los investigadores necesitan modificar varias condiciones a la vez para construir un diagrama de fases completo.
Estas instalaciones permiten estudiar:
- Superconductividad inducida por presión
- Puntos críticos cuánticos
- Transiciones magnéticas
- Materiales topológicos
- Sistemas de electrones fuertemente correlacionados
- Compuestos ricos en hidrógeno
China puede explorar numerosas familias de materiales sin depender de una sola hipótesis.
La construcción de grandes plataformas científicas amplía la cantidad de experimentos que pueden realizarse y acelera el entrenamiento de nuevos equipos de investigación.
Imanes de alto campo y fusión en China
China también está desarrollando sistemas magnéticos completamente superconductores.
Los campos magnéticos estables son necesarios en fusión, resonancia magnética, ciencia de materiales y física de altas energías.
Pero producir un campo elevado durante unos segundos no equivale a construir un equipo industrial.
Un imán para fusión debe resistir fuerzas electromagnéticas enormes, cargas térmicas, radiación y largos periodos de funcionamiento.
El programa chino de fusión crea una demanda interna de:
- Cables superconductores
- Bobinas de gran tamaño
- Sistemas criogénicos
- Electrónica de potencia
- Estructuras mecánicas reforzadas
- Sistemas de protección ante el quench
El quench se produce cuando una parte del superconductor pierde repentinamente su estado sin resistencia. La energía almacenada puede convertirse rápidamente en calor y dañar la bobina.
Por eso, un imán de alto rendimiento necesita sensores, sistemas de descarga y estrategias de protección.
China tiene la capacidad de desarrollar estos componentes de forma coordinada.
Aun así, el criterio decisivo será la fiabilidad a largo plazo. Un récord conseguido una vez no tiene el mismo valor industrial que un sistema capaz de trabajar durante miles de horas.
Una pregunta que merece una pausa
Al observar esta carrera tecnológica, surge una duda razonable.
¿Estamos midiendo el avance de los superconductores con el indicador adecuado?
Una temperatura crítica elevada genera titulares, pero no nos dice si el material puede fabricarse por kilómetros.
Una pérdida repentina de resistencia bajo una presión extrema puede revelar una física fascinante, aunque todavía se encuentre muy lejos de una central eléctrica o de un hospital.
Por el contrario, un material con una temperatura más modesta puede ser mucho más útil si es barato, resistente y fácil de producir.
El récord científico y la fabricación industrial pertenecen al mismo campo, pero no son la misma etapa.
La verdadera competición consiste en convertir un material imperfecto en una máquina fiable.
Consejo en una línea: al leer una noticia sobre superconductividad, conviene revisar la presión necesaria, la densidad de corriente crítica, la evidencia magnética, el tamaño de la muestra y la reproducción independiente.
Japón: materiales, fabricación de precisión y fiabilidad
Japón presenta un perfil diferente.
Su fortaleza no se limita al descubrimiento de nuevos compuestos. El país ha acumulado experiencia en la fabricación de conductores largos, uniones superconductoras, imanes de precisión, sistemas criogénicos y equipos completos.
Entre las principales instituciones se encuentran:
- National Institute for Materials Science, NIMS
- RIKEN
- Japan Science and Technology Agency, JST
- Universidad de Tokio
- Universidad de Tohoku
- Universidad de Kyushu
También existe una estrecha relación con empresas de materiales, electricidad, transporte e ingeniería.
Esta conexión ha permitido transformar materiales frágiles en cables, bobinas y sistemas reales.
Superconductores de bismuto y cables de gran longitud
Los superconductores de bismuto, conocidos como BSCCO o Bi-based superconductors, representan una parte importante de la historia japonesa.
Estos materiales pueden presentar superconductividad a temperaturas relativamente elevadas.
Sin embargo, son cerámicos y frágiles.
No pueden estirarse como un cable de cobre convencional.
Para superar esta limitación, los ingenieros desarrollaron métodos que introducen el material superconductor dentro de una cubierta metálica, a menudo de plata.
El resultado puede convertirse en una cinta flexible o en un conductor multifilamento.
El verdadero logro no consiste únicamente en demostrar que el compuesto es superconductor.
Consiste en fabricar cientos de metros o incluso kilómetros manteniendo un rendimiento uniforme.
Estos conductores pueden utilizarse en:
- Imanes NMR
- Cables eléctricos
- Motores
- Sistemas de investigación de alto campo
- Equipos médicos y científicos
La experiencia japonesa demuestra que, en materiales avanzados, la capacidad de fabricación puede ser tan importante como el descubrimiento original.
Uniones superconductoras e imanes de corriente persistente
Un imán superconductor puede trabajar en modo de corriente persistente.
En este sistema, la corriente circula dentro de un circuito superconductor cerrado y disminuye muy lentamente.
De esta forma, el imán puede mantener un campo estable sin depender continuamente de una fuente de alimentación externa.
El problema se encuentra en la unión.
Si dos conductores superconductores están conectados por una zona con una pequeña resistencia, la corriente se reducirá gradualmente y el campo magnético perderá estabilidad.
Los equipos japoneses han desarrollado tecnologías de unión para superconductores de alta temperatura y sistemas capaces de mantener una corriente persistente durante periodos prolongados.
Esta tecnología es esencial para NMR y MRI.
En un instrumento NMR utilizado para analizar medicamentos, proteínas o materiales, una pequeña variación del campo magnético puede reducir la precisión de la medida.
La unión superconductora puede parecer un detalle menor, pero decide si el equipo podrá funcionar de forma estable durante años.
El maglev superconductor japonés como demostración real
El tren SCMAGLEV es uno de los ejemplos más visibles de la superconductividad aplicada fuera de un laboratorio.
El sistema utiliza imanes superconductores instalados en el vehículo y bobinas situadas a lo largo de la vía.
A baja velocidad, el tren se apoya en ruedas.
Cuando aumenta la velocidad, las fuerzas electromagnéticas elevan y estabilizan el vehículo.
La reducción del contacto mecánico permite alcanzar velocidades muy altas.
En la línea experimental de Yamanashi se han probado durante años:
- Los imanes superconductores
- Los sistemas de refrigeración a bordo
- La interacción con las bobinas de la vía
- La estabilidad del vehículo
- Las vibraciones y el confort
- Los sistemas de emergencia
- Los procedimientos de mantenimiento
La velocidad comercial prevista se sitúa alrededor de 500 kilómetros por hora.
Para un lector español, puede resultar útil compararlo con la alta velocidad ferroviaria convencional.
Un tren AVE circula mediante ruedas de acero sobre raíles. El maglev japonés utiliza fuerzas magnéticas para reducir el contacto físico durante la marcha rápida.
Sin embargo, el reto no consiste únicamente en alcanzar una velocidad mayor.
Es necesario integrar los imanes, la refrigeración, las subestaciones, las bobinas de la guía, el control de tráfico y el mantenimiento de toda la infraestructura.
La fortaleza japonesa se encuentra precisamente en esa integración a largo plazo.
Japón y los nuevos imanes superconductores para fusión
Japón también está desarrollando imanes de alta temperatura para reactores de fusión y equipos científicos.
Los programas de investigación incluyen:
- Conductores superconductores más baratos
- Imanes que reduzcan el uso de helio líquido
- Bobinas de aproximadamente 40 teslas
- Estructuras resistentes a la radiación
- Sistemas magnéticos para reactores compactos
Una bobina de muy alto campo está sometida a fuerzas enormes.
No basta con que la capa superconductora transporte corriente.
La base metálica, el material estabilizador, el aislamiento eléctrico, el sistema de refrigeración y la estructura de soporte deben trabajar conjuntamente.
Aquí adquiere valor la experiencia japonesa en fabricación de precisión y control de calidad.
Un reactor de fusión no puede construirse con una única muestra que haya batido un récord.
Necesita miles de componentes con características uniformes y un comportamiento previsible.
Comparación de las estrategias de Estados Unidos, China y Japón
| Categoría | Estados Unidos | China | Japón |
|---|---|---|---|
| Fortaleza principal | Computación cuántica y grandes instalaciones | Nuevos materiales e infraestructura nacional | Conductores, imanes y sistemas de precisión |
| Modelo de investigación | Laboratorios federales, universidades y empresas | Inversión coordinada por el Estado | Cooperación de largo plazo entre centros y fabricantes |
| Materiales destacados | Níquelatos, cupratos, REBCO y películas cuánticas | Níquelatos, hidruros y superconductores de hierro | BSCCO, REBCO y conductores largos |
| Aplicaciones principales | Cúbits, aceleradores y fusión privada | Fusión, campos intensos y redes eléctricas | Maglev, NMR, cables e imanes |
| Mayor ventaja | Conexión rápida entre ciencia y empresa | Escala de inversión e instalaciones | Calidad industrial y fiabilidad |
| Principal desafío | Errores cuánticos y complejidad criogénica | Reproducción independiente y duración | Coste de fabricación y comercialización |
Sería fácil convertir esta comparación en una clasificación, pero eso simplificaría demasiado la realidad.
Estados Unidos es especialmente fuerte cuando la superconductividad se convierte en computación, instrumentación científica o una empresa energética.
China amplía rápidamente el espacio de búsqueda de nuevos materiales y las instalaciones necesarias para estudiarlos.
Japón destaca en la transición desde el compuesto hasta el cable, desde el cable hasta el imán y desde el imán hasta un sistema operativo completo.
Los tres modelos compiten, pero también se necesitan.
Las empresas de fusión pueden depender de cintas superconductoras fabricadas en otros países. Los dispositivos cuánticos requieren cadenas internacionales de materiales, equipos de vacío, sistemas criogénicos y componentes electrónicos.
La economía de los superconductores será global, aunque la competición tecnológica tenga un carácter nacional.
¿Qué país va realmente por delante?
No existe una única respuesta.
En computación cuántica superconductora, Estados Unidos dispone del ecosistema más completo, con laboratorios nacionales, universidades, fabricantes de chips, empresas tecnológicas y capital privado.
En investigación de alta presión e instalaciones para condiciones extremas, China está avanzando con rapidez.
En conductores largos, imanes de precisión, corriente persistente y sistemas maglev, Japón cuenta con una experiencia acumulada durante décadas.
La pregunta más útil no es quién ocupa el primer puesto.
La pregunta es quién resolverá antes el siguiente cuello de botella.
En computación cuántica, el obstáculo puede ser la corrección de errores o los defectos de los materiales.
En fusión, puede ser el precio y la disponibilidad de las cintas REBCO.
En las redes eléctricas, puede ser el coste de la refrigeración y el mantenimiento.
En el transporte maglev, puede ser la construcción de la infraestructura.
La superconductividad no constituye una sola industria.
Es una tecnología de plataforma cuyo valor depende del sistema que la rodea.
Tecnologías superconductoras de nicho que conviene seguir
Películas de níquelato controladas mediante tensión
La deformación epitaxial puede estabilizar estructuras cristalinas que normalmente requieren alta presión.
Si los resultados se reproducen y las películas se fabrican de forma uniforme, podrían aparecer nuevas aplicaciones electrónicas y cuánticas.
Cintas superconductoras REBCO
Son importantes para imanes de fusión, motores de gran potencia, generadores avanzados y algunos proyectos de aviación eléctrica.
La competencia futura dependerá del precio, la densidad de corriente, la longitud de fabricación, las uniones y la resistencia a la radiación.
CMOS criogénico y lógica digital superconductora
Cuando un procesador cuántico aumenta su número de cúbits, también aumenta la cantidad de cables de control.
Los cables transmiten calor desde la temperatura ambiente hacia el interior del refrigerador.
El CMOS criogénico y la lógica de flujo cuántico único pueden permitir que parte del control electrónico funcione cerca de los cúbits.
Uniones para corriente persistente
Las uniones de muy baja resistencia entre cintas REBCO o conductores BSCCO serán necesarias en futuros imanes de MRI, NMR, fusión y ciencia de alto campo.
Descubrimiento de materiales mediante inteligencia artificial
La superconductividad depende de numerosas variables:
- Composición química
- Estructura cristalina
- Presión
- Dopaje
- Interacción electrónica
- Vibraciones de la red atómica
La informática de materiales y el aprendizaje automático pueden analizar bases de datos para seleccionar candidatos prometedores.
La inteligencia artificial no demuestra que un material sea superconductor.
Sin embargo, puede ayudar a decidir qué compuestos merece la pena fabricar y ensayar primero.
Al comparar las estrategias de investigación de Estados Unidos, China y Japón, queda claro que el futuro de la superconductividad no depende únicamente de descubrir nuevos materiales.
El verdadero reto consiste en convertir la resistencia eléctrica cero en una tecnología estable, asequible y capaz de funcionar dentro de grandes sistemas industriales.
Si algún día se desarrolla un superconductor a temperatura ambiente que no necesite presiones extremas ni costosos sistemas criogénicos, las pérdidas de electricidad durante la transmisión podrían reducirse de forma considerable. Los centros de datos de inteligencia artificial podrían utilizar infraestructuras eléctricas y de refrigeración más compactas, mientras que los reactores de fusión tendrían acceso a campos magnéticos más intensos y potencialmente más económicos.
Estas posibilidades se analizan con más detalle en 「Superconductividad y resistencia cero: fundamentos, aplicaciones y futuro industrial」
La reflexión de Kori
Cuanto más se observa la investigación mundial sobre superconductividad, más claro resulta que la ciencia no avanza a la velocidad de una nota de prensa.
Estados Unidos está llevando los superconductores hacia los ordenadores cuánticos y las empresas privadas de fusión.
China está ampliando la frontera de la física bajo condiciones extremas mediante grandes instalaciones y programas coordinados.
Japón está demostrando que la fabricación de precisión, las uniones, los cables y la estabilidad a largo plazo pueden ser tan importantes como descubrir un nuevo material.
Sus métodos son diferentes, pero todos terminan frente a la misma pregunta.
¿Puede la superconductividad salir de una muestra diminuta y entrar en la red eléctrica, el hospital, el centro de datos, el tren, el avión o la central de fusión?
Incluso si mañana apareciera un superconductor capaz de funcionar a temperatura ambiente, la revolución industrial no comenzaría automáticamente.
Todavía sería necesario fabricarlo con uniformidad, conectarlo sin resistencia, protegerlo frente al esfuerzo mecánico, integrarlo en un sistema y venderlo a un precio razonable.
El ganador de la carrera no será necesariamente el país que anuncie la temperatura crítica más alta.
Podría ser el primero capaz de construir un sistema superconductor fiable, asequible y útil.
Investigación en superconductores Preguntas frecuentes
Q1. ¿Qué país lidera la tecnología superconductora: Estados Unidos, China o Japón?
Depende del área analizada. Estados Unidos destaca en computación cuántica superconductora, grandes laboratorios y empresas privadas de fusión. China avanza rápidamente en materiales de alta presión, níquelatos e instalaciones para condiciones extremas. Japón mantiene una posición fuerte en cables superconductores, imanes de precisión, corriente persistente y transporte maglev.
Q2. ¿Los superconductores de alta temperatura funcionan a temperatura ambiente?
La mayoría todavía necesita refrigeración criogénica, normalmente mediante nitrógeno líquido o sistemas aún más fríos. La expresión alta temperatura significa que su temperatura crítica es superior a la de los superconductores tradicionales, no que funcionen a temperatura ambiente. Algunos compuestos ricos en hidrógeno han mostrado señales de superconductividad cerca de la temperatura ambiente, pero bajo presiones demasiado elevadas para un uso comercial inmediato.
Q3. ¿Qué industrias utilizarán primero los superconductores a gran escala?
La resonancia magnética, los sistemas NMR, los aceleradores de partículas, la computación cuántica, los imanes científicos y los proyectos de fusión son los mercados más inmediatos. Si baja el coste de los conductores REBCO y de la refrigeración, también podrían extenderse a cables eléctricos, motores, aviación eléctrica, almacenamiento magnético de energía y sistemas avanzados de transporte.
Investigación en superconductores Fuentes y referencias
- U.S. Department of Energy, Office of Science
- National Institute of Standards and Technology
- Fermilab
- Superconducting Quantum Materials and Systems Center
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- MIT Plasma Science and Fusion Center
- Commonwealth Fusion Systems
- Chinese Academy of Sciences, Institute of Physics
- Chinese Academy of Sciences, Institute of Plasma Physics
- University of Science and Technology of China
- Southern University of Science and Technology
- Synergetic Extreme Condition User Facility
- National Institute for Materials Science, Japón
- RIKEN
- Japan Science and Technology Agency
- Central Japan Railway Company
- JST Moonshot Research and Development Program
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