La superconductividad es algo en lo que la física ha trabajado por años. La idea de hacer materiales que pudiesen ser superconductivos presentaría grandes beneficios, por ejemplo, reducir en un alto porcentaje la pérdida de la energía por calor, por la resistencia que presenta el mismo cabe por donde se transmite la energía eléctrica. Sin embargo, la superconductividad no se presenta a la temperatura ambiente, sino a temperaturas cercanas al cero absoluto (unos -273 grados centígrados).

Estos estudios de la superconductividad han mostrado que los materiales se comportan de manera curiosa, como puede verse en el siguiente video:

Por ello estas investigaciones son tan importantes. De poder hacer materiales superconductores a temperatura ambiente, veríamos un nuevo mundo como el que de pronto se nos presenta con las propiedades que los materiales tienen al ser enfriados. Por ejemplo, los investigadores han hallado una nueva fase extraña de la materia que parece ocurrir cuando se pasa de la no-superconductividad a la superconductividad. Y esto bien podría ser la clave para entender cómo la superconductividad podría funcionar a altas temperaturas (es decir, a temperatura ambiente, que bajo la marca del cero absoluto, es una temperatura alta).

«Una propiedad peculiar de todos estos superconductores es que justamente antes de llegar al estado de superconductividad, invariablemente entran primero en un estado de «pesudogap» cuyos orígenes son igualmente tan misteriosos como el estado de la superconductividad por sí mismo», dice uno de los investigadores de Caltech, David Hsieh.

Se sabe que la superconductividad desde 1911 y se asumió que solamente podía ocurrir en el cero absoluto. Pero los científicos han logrado materiales superconductores a temperaturas de unos -70 grados Celsius, pero aún así esto es demasiado frío y poco práctico. Mantener los materiales en su estado de superconductividad podría ser muy costoso y se perderían entonces las ventajas de poder usar estos materiales.

Por ello, tratar de lograr los efectos de la superconductividad a temperatura ambiente (llamada superconductividad de altas temperaturas), podría revolucionar todo, desde la electrónica hasta el transporte. Se podrían así crear sistemas de transporte sin fricción como por ejemplo, trenes magnetizados en sus vías como en el proyecto Hyperloop.

Hace unos 30 años, los físicos descubrieron que la superconductividad a altas temperaturas era posible y en el 2014, un grupo de físicos estadounidenses lo lograron, pero lo pudieron mantener apenas por menos de un segundo. En ese tiempo, se sospechaba que este estado extraño de pseudogap estaba interfiriendo con la capacidad del material para lograr la superconductividad a altas temperaturas, pero cómo se formaba exactamente era un misterio. Algunos proponían ya que esto se trataba de un nuevo estado de la materia.

«Tenemos evidencia muy fuerte que la fase de pseudogap compite con y suprime la superconductividad», dijo Makoto Hashimoto, de la Universidad de Stanford en ese tiempo. «Si podemos quitar esta competencia, o manejarla de mejor manera, podríamos ser capaces de incrementar la temperatura de los superconductores», agregó.

Ahora un equipo de Caltech ha llevado un paso más allá las cosas confirmando que lo que pasa es que estamos lidiando con un nuevo estado de la materia y en donde sus propiedades son enteramente diferentes a las que se despliegan en un estado superconductor. Imagínese el pseudogap como un estado separado de la materia que se asienta entre el estado líquido y gaseoso cuando se calienta agua para convertirse en vapor, o cuando se derrite hielo sólido en agua líquida.

Para cambiar esto, los electrones en el agua deben reacomodarse a sí mismos para formar líquidos, sólidos o gases. Lo mismo ocurre con los materiales superconductores a ciertas temperaturas. La diferencia es que aquí los electrones se acomodan a sí mismos en tres patrones diferentes durante la transición de no superconductividad a superconductividad.

Los investigadores han sido capaces de estudiar el ordenamiento de los electrones en el pseudogap desarrollando una técnica basada en un rayo laser, que les permite detectar los cambios en la simetría durante la transición de fase. Como diferentes estados de la materia tienen diferentes simetrías, si una de ellas se rompe, se puede usar como un indicativo de un cambio de estado.

«Hemos descubierto que en el estado del pseudogap, los electrones forman un patrón inusual que rompe prácticamente todas las simetrías del espacio», explica Hsieh. «Esto nos da una gran pista del estado que origina el pseudogap y podría llevar a comprender finalmente cómo trabaja la superconductividad a altas temperaturas», agregó.

La investigación se publicó en Nature Physics.

Referencias: Science Alert