Creado el primer transistor superconductor

Uno de los logros de la ciencia que hace tiempo venían buscando físicos de todo el mundo,  ya está aquí.  Y esto promete ser una gran revolución en los ordenadores, ya que la velocidad de proceso de los mismos puede evolucionar y aumentar de forma espectacular.  Aún no es práctico porque se necesita una temperatura muy baja, pero ahora empezará la carrera para aumentar esa temperatura de transición.

Efecto mágnetico de la superconductividad

¿Que es la superconductividad?

Por superconductividad entendemos una propiedad de determinados materiales que por debajo de una temperatura crítica no ofrecen resistencia a la corriente eléctrica.  En estas condiciones son capaces de transportar la energía eléctrica sin perdidas o generar campos magnéticos inmensos.  Las ventajas de este fenómeno son evidentes: el 15% o el 20% de nuestra factura de la luz corresponde a energía disipada en los cables de distribución. 

Puesto que la superconductividad se descubrió a principios del siglo XX ¿cómo es posible que todos nuestros cables no estén construidos mediante estos materiales?  La respuesta es sencilla pero desagradable: muchas veces el fenómeno sólo aparece a temperaturas bajísimas, mas frías en ocasiones que las que podemos encontrar sobre la superficie de Plutón.  Estas temperaturas sólo pueden conseguirse mediante gases raros, como el helio líquido o sistemas de refrigeración caros y complicados.  La batalla hoy en día es precisamente el cómo subir el umbral de esa temperatura crítica hasta valores mas asequibles y solucionar de paso los otros problemas que han ido apareciendo en el largo camino que los superconductores han tenido que recorrer hasta el momento actual.

Un poco de historia

La superconductividad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, que recibiría el Nobel de fisica en 1913.  La desaparición de la resistencia eléctrica no es la única propiedad asombrosa de los superconductores: su comportamiento frente a los campos magnéticos también resulta fascinante.  La explicación del fenómeno demostró pronto ser extraordinariamente escurridiza.  La principal batalla desde su descubrimiento es como subir más y más la temperatura de transición, aquella a partir de la cual se manifiesta la superconductividad del material. 

En la década de los 60 se experimentaron nuevas mezclas que permitieron llevar a cabo las primeras aplicaciones comerciales de la superconductividad, pero siempre muy escasas y especializadas.  En diciembre de 1985, se descubrió una nueva mezcla en la que la superconductividad aparecía a la asombrosa temperatura (para la época) de 35º K (-238º C): casi el doble de lo que se había conseguido hasta entonces.  Y en 1987 el gran bombazo: se descubrió una cerámica que era superconductora a 93 grados Kelvin (-180º C).  Esto significaba que estos materiales podían refrigerarse con nitrógeno liquido, que tiene un precio sensiblemente inferior al de la cerveza: hasta los refrigeradores de laboratorio mas pequeños podían enfriarlos por debajo de la temperatura de transición.

Por todo el mundo, los científicos se convirtieron en alfareros: ya se han descubierto centenares de cerámicas con temperaturas de transición cada vez más y más altas. Hoy en día disponemos de superconductores con una temperatura crítica de -109º C, que puede conseguirse con refrigeradores de aire industriales y hay experimentos que han encontrado efectos superconductores a  -23º centígrados: una temperatura normal en muchos puntos de la superficie de nuestro planeta.

Aplicaciones prácticas

Pero los obstáculos son todavía enormes.  Algunos debidos a que se trabaja con cerámicas y no parecen seguir al cien por cien las teorias que deben seguir los materiales superconductores y otros debidos al material en si.  Os imaginais intentando estirar un plato hasta conseguir un hilo de 1 km de longitud?  Los superconductores con que se experimenta son cerámicas, frágiles y difíciles de manufacturar en forma de cable.  Si algún día los superconductores de temperatura ambiente llaman a nuestra puerta nos veremos inmersos en una revolución tecnología sin precedentes.  Pero aunque no lo hagan, ya existen muchos equipos que utilizan la superconductividad en su funcionamiento.  A continuación daremos un repaso a las aplicaciones mas espectaculares de este fenómeno.

• El SQUID o dispositivo superconductor de interferencia cuántica, fue una de las primeras aplicaciones comerciales de la superconductividad. Llevan utilizándose ininterrumpidamente desde los años 60 en multitud de aplicaciones: detección súper precisa de las señales eléctricas del cerebro y el corazón, comprobación no destructiva de tuberías y puentes (la fatiga del metal produce una firma magnética peculiar), paleomagnetismo, sensores geológicos para prospecciones petrolíferas, equipos militares de detección de sumergibles y un largo etcétera.
• Aparatos de formación de imágenes por resonancia magnética, más conocidos como RMN.  El RMN es una herramienta casi indispensable para la formación de imágenes del cerebro, y con el advenimiento de los superconductores de alta temperatura podrá convertirse en una maquina mucho mas pequeña y barata: los superconductores clásicos enfriados  por helio requieren voluminosos y delicados equipos de refrigeración. En cambio, el nitrógeno liquido es sencillísimo de producir y utilizar.
• Ordenadores mas rápidos.  La posibilidad de fabricar transistores basados en superconductores. Estos circuitos podrían activarse y desactivarse muy rápidamente con un consumo de potencia mínimo. En teoría, un ordenador sería 50 veces más rápido que uno convencional, aunque hasta hoy no ha sido construido debido a problemas de fiabilidad, de interfaces y a la dificultad de competir con un adversario tan poderoso como los circuitos de silicio (muchísimo mas económicos y sencillos de utilizar).
•  ¿Necesita usted un campo magnético inmenso?: no lo dude, ponga un superconductor en su vida. En todas aquellas aplicaciones en que sean necesarios campos de una intensidad enorme, los superconductores clásicos no tienen rival.
• Trenes de alta velocidad sobre cojín magnético (MAGLEV). Los trenes tipo SED (suspensión electrodinámica) japoneses pueden desplazarse de 320 a 500 Km/h mediante imanes superconductores que inducen corrientes en las bobinas conductoras de las guías. Esta interacción eleva al vehículo unos 15 cm del suelo, como si fuera un avión en vuelo rasante. A menos de 100 Km/h, este vehículo circula sobre ruedas como un tren convencional.
• Transporte de energía mediante cables eléctricos, transformadores de corriente y conmutadores de potencia.  De este modo se podría reducir el recibo de la luz al compensarse el importante porcentaje de energía eléctrica que se disipa en forma de calor debido a la resistencia eléctrica. También podrían utilizarse como limitadores de corriente, proporcionándonos un voltaje mas estable.
• Almacenamiento de energía mediante superconductores magnéticos de almacenamiento de energía (SMES). Este sistema consiste en "cargar" una bobina superconductora de electricidad y luego cerrarla formando un anillo. La corriente teóricamente circularía sin perdidas, y cuando hubiera que utilizarla bastaría con abrirla y extraer la cantidad necesaria.
• Combinación de corrientes y magnetismo para la generación de potencia y trabajo, como motores y generadores eléctricos muchísimo mas eficientes.
• Investigación espacial. En el espacio, protegidos de la luz solar, es fácil conseguir temperaturas dentro del rango funcional de los superconductores de alta temperatura. En este aspecto la NASA ha financiado diferentes estudios sobre sensores y elementos de actuación electromecánicos con vistas a su utilización en naves espaciales...

Y ahora ha sido creado el primer transistor superconductor, que es la base de los microchips que llevan todos los ordenadores.  Probablemente tenga que pasar todavia un tiempo hasta que veamos los resultados prácticos de este hecho, pero el fúturo ya esta aquí y se acerca cada vez más rapido.