Hallan un nuevo estado de la materia superconductor a alta temperatura

Sólido, líquido, gaseoso, plasma... A la lista de estados de la materia que pueden encontrarse en la naturaleza hay toda una lista de estados alternativos que el ser humano ha reproducido en laboratorio. Esa lista tiene un nuevo miembro: los metales Jahn-Teller, y pueden ser la clave de superconductores a alta temperatura.

El nuevo estado de la materia tiene la apariencia de un metal, y podría definirse como conductor-no conductor (que presenta diferentes propiedades eléctricas en función de la presión). No parece nada espectacular, pero puede ser el nuevo integrante de un selecto grupo de estados de la materia experimentales entre los que se cuentan el condensado de Bose–Einstein (que se da en ciertas sustancias a temperaturas cercanas al cero absoluto), la materia degenerada, o el plasma de quarks -gluones.

El hallazgo aún tiene que ser confirmado por la comunidad científica, pero es realmente prometedor. Sus descubridores son los miembros de un equipo internacional de investigadores del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad Tohoku, en Japón, liderado por el profesor Kosmas Prassides. Recien publicado enla revista Science Advances, el nombre del nuevo estado se debe precisamente al efecto Jahn-Teller, una distorsión magnetoquímica propuesta por Hermann Arthur Jahn y Edward Teller.

Ambos físicos demostraron que al ser sometidas a diferentes presiones, la estructura de moléculas e iones de algunas sustancias muestran una distorsión que afecta a sus propiedades eléctricas. Resumido de forma muy básica, lo que ocurre con los metales Jahn-Teller es que, al someterlos a una determinada presión, pasan de ser un aislante a ser un conductor.

Ilustración que muestra la estructura molecular de esferas de buckminsterfullereno y átomos de cesio / Universidad de Tohoku

La sustancia que están estudiando en Tohoku está formada por una estructura cristalina debuckminsterfullereno y átomos de cesio. El buckminsterfullereno es un tipo de fullereno con una estructura molecular muy estable compuesta por esferas de 60 átomos de carbono. Al aumentar la presión añadiendo átomos de rubidio, las esferas se deforman y la sustancia pasa de tener una estructura cristalina aislante de la electricidad, a presentar las características de un metal conductor.

Lo interesante es que, entre ambas fases, el metal atraviesa un estado intermedio hasta ahora desconocido cuyas propiedades todavía se están estudiando. Hamish Johnson explica ese estado de la siguiente manera en Physics World:

Bajo microscopía de infrarrojos, las moléculas de fullereno aparecen claramente distorsionadas como balones de rugby, que es una característica de los aislantes. Sin embargo, la resonancia magnética muestra claramente que los electrones son capaces de saltar de una molécula a la otra, una característica típica de los metales conductores.

Superconductores a mayor temperatura

Aspecto a simple vista de un conglomerado de fullereno C-60 / Wikimedia Commons

¿Y todo esto qué tiene de importante? Pues en realidad mucho. Kosmas Prassides y su equipo creen que ese estado intermedio es la clave para explicar por qué algunos materiales son capaces de ser superconductores a mayor temperatura que los actuales.

Cuando algunos metales se enfrían artificialmente por debajo de una determinada temperatura crítica (diferente para cada metal), se convierten en superconductores de la electricidad. En ese estado, el metal ofrece cero resistencia eléctrica. Lamentablemente, para alcanzar esa superconductividad es preciso bajar hasta cifras en torno a -243 grados celsius. Las instalaciones para ello son complejas y muy caras, lo que hace a estos materiales poco viables para aplicaciones industriales de uso común.

En los años 80 se descubrieron ciertos compuestos basados, por ejemplo, en el cobre, que mostraban superconductividad a altas temperaturas (altas en términos de superconductividad, o sea, alrededor de -135 grados celsius), pero la comunidad científica aún no ha logrado explicar del todo cómo tiene lugar esta superconductividad y hay varias teorías aún no demostradas.

Aun queda mucho por hacer, pero la importancia del descubrimiento de los metales Jahn-Teller radica en que el estado intermedio entre aislante y conductor muestra características muy similares a las de otros superconductores a mayores temperaturas. Este nuevo estado de la materia abre la puerta a explicar por fin cómo funcionan los superconductores a alta temperatura, un campo de investigación que puede revolucionar por completo la electrónica. [Universidad de Tohoku, vía Physics World]

Foto de portada: Prueba de material superconductor flotando mediante levitación magnética /Julian Litzel (Jullit31) Wikimedia Commons