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Aug 11, 2023

¿Avance energético o caída de la resistencia? Esto es lo maravilloso de los superconductores

No se sienta mal si no tiene absolutamente ninguna idea de por qué los expertos en tecnología en línea están todos enloquecidos por esta cosa extraña llamada LK-99, un supuesto superconductor que puede funcionar a temperatura ambiente y

No se sienta mal si no tiene ni idea de por qué los expertos en tecnología en línea están enloquecidos por esta cosa extraña llamada LK-99, un supuesto superconductor que puede funcionar a temperatura y presión ambiente. Estoy ahí contigo. O mejor dicho, lo era. Aunque estoy familiarizado con la mayoría de las formas de nicho nerd, la ciencia de materiales no es lo mío. Aún así, la reciente especulación de que LK-99 podría presagiar energía limpia ilimitada y una computadora cuántica en cada bolsillo es una afirmación sorprendente que vale la pena analizar.

Así que salí a buscarnos y estoy de vuelta con lo básico sobre este desarrollo potencial en tecnología que algunos llaman el santo grial de la ciencia de los materiales. Aquí está el desglose de cómo un material superconductor como LK-99 podría revolucionar todo el mundo tecnológico, y si esta última iteración es más exagerada que esperanzadora.

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Los aislantes como la madera y el caucho ralentizan o detienen la electricidad, pero los conductores (como los cables de cobre de su casa y el galio metálico de su teléfono) son venas a través de las cuales la electricidad puede pasar fácilmente. Aun así, no importa cuán conductor sea un metal, siempre perderá parte de la electricidad que la línea de servicios públicos o la batería del teléfono envía a través de él. Eso se llama resistencia y es el enemigo de las computadoras y de la energía limpia.

Un superconductor es un material que deja pasar la electricidad con resistencia cero, ya sea un metal elemental como el estaño o un compuesto de cobre y oxígeno. También expulsa todos los campos magnéticos. Algunos superconductores funcionan sólo a temperaturas extremadamente bajas o a presiones extremadamente altas, lo que hace que su uso a escala sea totalmente impracticable. Hasta ahora, nadie ha confirmado la existencia de un superconductor reproducible que funcione a temperatura ambiente y presión ambiente normal.

Sin embargo, en los últimos años, el entusiasmo ha ido creciendo a medida que algunos en el campo creen que estamos más cerca que nunca de encontrar el material mágico. Y ahora esa esperanza se enciende nuevamente con una investigación reciente de dos universidades.

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Esa es la parte emocionante. En este momento, estamos desperdiciando toneladas de energía luchando contra la resistencia eléctrica básica en cada dispositivo electrónico y cada red eléctrica. Los superconductores a temperatura ambiente podrían eliminar ese margen de desperdicio y podrían lanzarnos hacia nuestro futuro con mayor eficiencia energética hasta el momento.

¿Cómo es eso? Para tener en cuenta la cantidad de energía que perderás debido a la resistencia, debes generar más energía de la que realmente usas para cualquier dispositivo electrónico. Esa electricidad no utilizada se convierte en calor, lo que significa que necesitas más piezas en ese dispositivo para enfriarlo. A escala global, todo este costoso desperdicio de energía y calor se acumula rápidamente: desde enormes granjas de servidores hasta logística de cadenas de suministro, desde máquinas de imágenes por resonancia magnética que consumen mucha energía hasta computadoras cuánticas.

"Aunque se han visto esfuerzos prometedores que exploran los límites de lo posible, algunos fracasos de alto perfil han hecho que la mayoría de la comunidad científica se muestre escéptica ante cualquier afirmación de descubrimiento".

Algunas de las tecnologías limpias más interesantes y prometedoras, como los trenes de levitación magnética y otros medios de transporte de alta velocidad y bajo costo, podrían finalmente ser viables para un desarrollo masivo con el uso de superconductores. Los superconductores prácticos también podrían conducir a resonancias magnéticas más pequeñas y más baratas, que tal vez ya no necesiten helio para enfriarse; una buena noticia dado que algún día podríamos quedarnos sin helio. El enfriamiento del reactor de fusión nuclear podría volverse más seguro y sencillo. Las baterías de todo tipo, llenas de metales preciosos y productos químicos peligrosos extraídos, podrían reducirse a meros reproductores de respaldo con la introducción del almacenamiento de energía magnética superconductora.

Si utiliza electricidad, un superconductor a temperatura ambiente probablemente lo haría más pequeño y más eficiente. Probablemente también les haría ganar a los investigadores un Premio Nobel y, además, potencialmente los haría extremadamente ricos.

Según dos nuevos artículos de investigación, LK-99 es un supuesto superconductor hecho de una combinación de plomo, apatita y cobre que funciona a temperatura y presión ambiente. Los investigadores son del Centro de Investigación de Energía Cuántica en Corea del Sur y del College of William & Mary de Virginia.

La investigación no ha sido revisada completamente por pares, pero los resultados preliminares se publicaron en el servidor de preimpresión arXiv. Se ha alentado a investigadores de otros laboratorios a intentar replicar el trabajo. Lo que realmente llamó la atención de todos en el mundo de la ciencia fue un vídeo del trabajo de los investigadores, en el que se mostraba un trozo gris oscuro de su material levitando sobre un imán. Aunque no es una garantía de superconductividad, la imagen indica que el material muestra al menos un signo revelador y prometedor de ella.

La esencia del descubrimiento es que esta combinación sorprendentemente simple de un par de minerales normalmente no conductores (el plomo es a menudo un aislante, por ejemplo) supuestamente puede volverse superconductor no convencional sin grandes esfuerzos. El artículo describe un proceso notablemente simple: pulverizar los elementos, mezclarlos bien y luego hornearlos en un horno.

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Las afirmaciones de encontrar el tan buscado santo grial de la ciencia material ya se topan con un agudo sentido de escepticismo científico incluso en los mejores días. No ayuda que los superconductores se encuentren entre los temas más candentes de la ciencia en este momento y que hayan estado maduros para la ciencia de mala calidad.

Aunque se han observado esfuerzos prometedores que exploran los límites de lo posible, algunos fracasos de alto perfil han hecho que la mayoría de la comunidad científica ponga una mirada escéptica ante cualquier afirmación de descubrimiento y observe de cerca los datos para encontrar agujeros. Los datos de la investigación LK-99 han dejado a algunos científicos cautelosos debido a la ausencia de algunas mediciones clave, incluso cuando muchos intentan replicar los resultados.

Más sospechas surgieron cuando se cuestionó la autoría del artículo. Resulta que un equipo de investigadores de seis miembros había publicado previamente un artículo sorprendentemente similar, con algunos resultados que sugerían que el material no era un superconductor. Un investigador que formó parte tanto del equipo de seis autores como del equipo de tres autores LK-99 incluso dijo que los resultados se publicaron sin el permiso de otros autores.

A finales de julio, dos equipos de investigación independientes no pudieron replicar la superconductividad de LK-99 y desde entonces han surgido más preguntas. El 9 de agosto, New Scientist informó que "la evidencia creciente" sugiere que "las posibilidades de que LK-99 sea un superconductor parecen cada vez más escasas".

Ha comenzado la carrera para reproducir LK-99, y los investigadores, tanto aficionados como académicos, están repletos de esfuerzos.

Algunos, como la física Sinéad Griffin del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, ya han publicado estudios teóricos que exploran las similitudes de LK-99 con otros tipos de superconductores mediante simulación por computadora.

Pero, como lo expresa el periodista de CNET Jackson Ryan: La ciencia, en acción, lleva tiempo.

A pesar de que las acciones de las compañías de superconductores se han disparado en las últimas semanas y los que están en sintonía con el futuro están percibiendo un embriagador olor a tecnología que podría cambiar el mundo, la investigación y las pruebas adecuadas de cualquier posible superconductor a temperatura ambiente por parte de la comunidad científica de materiales están en marcha. ser lento.

Si LK-99 realmente resulta ser el descubrimiento ganador del Nobel de una generación, implementar ese descubrimiento en tecnología industrial y de consumo que podamos comprar aún requeriría cambios masivos en la expansión global de los procesos de fabricación, un cambio que solo puede ocurrir a un ritmo glacial.

Sin embargo, por lento que sea, sigue siendo un ritmo que vale la pena seguir si eso significa que finalmente todos podemos tener patinetas flotantes reales. Por ahora, estamos atrapados con prototipos torpes, y todo el mundo sabe que esas tablas no funcionan en el agua, McFly.

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