historia de los superconductores

El 29 de enero de 1987, el físico Paul Chu enfría con helio líquido un nuevo material sintético. Observa una caída abrupta de su resistencia eléctrica bajo -180 °C. Un nuevo superconductor acaba de ser descubierto, e inaugura una nueva era en materia de transferencia de energía. En CurioSfera-Historia.com, te explicamos el origen e historia de los superconductores y su evolución.

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El principio de los superconductores

La primera revolución tecnológica de los años ochenta del siglo XX, es el gran paso adelante en el campo de los materiales superconductores. Antes que nada, veamos en qué consiste:

La superconductividad es la sorprendente propiedad exhibida por ciertos materiales de transmitir corriente eléctrica sin ofrecer ninguna resistencia. Y por lo tanto, sin ninguna disipación de energía.

Los materiales comunes, incluso los metales más conductores como el cobre, oponen una resistencia a la corriente eléctrica, ya que absorben una fracción de los electrones. Sobre grandes distancias, se llega a perder hasta el 50% de la energía inicial en forma de calor en los cables eléctricos.

Sin embargo, en 1911, el físico holandés K. Onnes, descubre que el mercurio sufre una caída abrupta de su resistencia eléctrica cuando es enfriado a temperaturas cercanas al cero absoluto (4,2 K, o -268,8 °C).

Este fenómeno, denominado superconductividad, abre perspectivas revolucionarias en el campo de la gestión de la energía y de las aplicaciones electromagnéticas. Especialmente en el rendimiento de los motores.

Pero las temperaturas cercanas al cero absoluto son muy difíciles y costosas de obtener, y la superconduc­tividad permanecerá por mucho tiempo en el campo de la simple teoría.

Origen de los superconductores

En 1957, los estadounidenses J. Bardeen, L. Cooper y J. R Schrieffer explican el fenómeno observando que, en un superconductor, los electrones están pareados: se desplazan en parejas (llamadas pares de Cooper), sin dispersarse, constituyendo un “superfluido” que avanza sin resistencia.

En enero de 1986, en Zurich, los investigadores Alex Müller y Ceorg Bednorz descubren el comportamiento superconductor de un compuesto sintético a base de óxido de cobre, de lantano y de bario, que les fue entregado por Claude Michel y sus colegas de la Universidad de Caen, en Francia.

La violenta caída de su resistencia eléctrica se produce -243 °C (30 K), una temperatura, a esas alturas, bastante más accesible para los físicos.

Un año más tarde, el 29 de enero de 1987, el científico Paul Chu bate todos los récords al descubrir la superconductividad a -180 °C (93 K) de una nueva cerámica de formula YB2 Cu3 07.

Es una verdadera revolución, ya que esta temperatura “más demente” puede alcanzarse por enfriamiento con nitrógeno líquido. Un procedimiento diez veces más barato y mucho más fácil de realizar que el enfriamiento con helio líquido.

Se inicia una verdadera carrera por la síntesis de cerámicas con mejores rendimientos, cuyas temperaturas de funcionamiento son cada vez más accesibles: en 1988, Paul Chu pulveriza su propio récord con el descubrimiento de un superconductor estable a -153 °C (120 K).

En 1989, el récord es llevado a -148 °C (125 K) por un compuesto a base de óxidos de talio y de cobre.

Evolución de la superconductividad

El dominio de la superconductividad unido a los progresos fulgurantes en microelectrónica multiplican las nuevas aplicaciones en telecomunicación.

Es el segundo “terremoto” tecnológico al que asistimos: la aceleración del caudal, pero también la integración en una red única, de todos los servicios de transporte de información.

Esta mutación tecnológica sin precedentes, que se apoya en los progresos espectaculares realizados en materia de informática y de telecomunicación digital, desemboca en la apertura en Europa, a fines de los años ochenta, de la Red Numérica de Integración de Servicios (R.N.I.S.) cuyos servicios son comercializados con el nombre de Numeris.

La característica revolucionaria de la RNIS es la integración en una misma línea de comunicación (una red de alto rendimiento de 64 kbits/s) de todos los servicios otrora separados e incompatibles que eran el teléfono, los telecopiadores (telefax) y otros aparatos de transmisión de datos, sonidos e imágenes.

Basta un solo terminal -por ejemplo, el orde­nador personal– para recibir y controlar todas estas aplicaciones integradas en un solo “bus”.

Aplicaciones de la superconductividad

En la medida en que las temperaturas de utilización menguan, el campo de aplicación de la super­conductividad se ensancha.

Materiales superconductores a base de niobio y de titanio se emplean en medicina, en la fabricación de escáneres médicos de resonancia magnética, que permiten obtener imágenes detalladas en 3-D del cuerpo humano.

La creación de intensos campos magnéticos (mediante circulación de una cemente eléctrica en una bobina superconductora) abre la perspectiva de motores miniaturizados superpotentes y de medios de transporte de levitación magnética prácticamente desprovistos de roce: una aplicación en el ámbito de los ferrocarriles está actualmente en estudio.

En el campo de la electrónica, les microprocesadores a base de materiales superconductores podrán recibir corrientes eléctricas cada vez más altas sin resistencia. Por lo tanto, sin riesgo de sobrecalentamiento.

La potencia, la velocidad y la miniaturización de los ordenadores se verán aceleradas. En materia de comunicaciones, se prevé que líneas superconductoras podrán transmitir algún día cien veces más datos que las fibras ópticas.

Las aplicaciones de la red digital integrada

Esta interpretación de servicios abre el camino a nuevas aplicaciones, como la videofonía: la gran capacidad de la red de 64 kbits/s se utiliza para transmitir al mismo tiempo el sonido (16 kbits/s) y la imagen (48 kbits/s).

Menos espectaculares, pero actualmente de uso común, son los teléfonos que cuentan con pantalla y que permiten recibir mensajes en el mismo tiempo que el sonido. Por ejemplo, el número telefónico del que llama aparece en la pantalla.

En caso de que no se conteste la llamada, el aparato almacena esta información en su memoria, como una especie de minicontestador.

Por otra parte, gracias al alto rendimiento de la UNIS, un terminal puede multiplexar varias comunicaciones por un mismo circuito y ofrecer a bajo precio los servicios de audioconferencia entre varias personas.

Los servicios integrados permiten también transmitir comandos variados a diversas máquinas conectadas al terminal (ya sea éste un ordenador personal o un teléfono “inteligente” con microprocesador) sin la asistencia de ningún operado.

Este nuevo campo de aplicación -la domótica (de doméstico)- conocerá un gran desarrollo a principios del siglo XXI. Un terminal conectado a diferentes aparatos domésticos de una casa, puede encargarse (con una simple llamada de su propietario por el bus de la RNIS) de accionar la calefacción, un lavavajillas, una grabadora, la lavadora, un dispositivo de seguridad, etcétera.

Progresos fulminantes en microelectrónica, caudales crecientes de información cada vez más compacta, y fusión de los diferentes medios en un único vector de comunicación, otorgan una orientación revolucionaria, tanto en el control de la materia como en la evolución del pensamiento.

La compresión de datos

Las redes digitales han permitido grandes progresos en materia de almacenaje y transmisión de datos.

Por una parte, el método de a transmisión por paquetes, que fragmenta la información digital en segmentos manejables con mayor rapidez, acelera el caudal de las vías de telecomunicación. Y por otra parte, el uso de algoritmos matemáticos permite reducir el espacio que ocupa una información.

Una imagen digital, por ejemplo, es típicamente representada por 576 lí­neas de 720 puntos, lo que significa un volumen de datos de 328 kiloctetos. En un caudal RNIS de 64 kbits/s, la transmisión de esta imagen punto por punto requeriría 104 segundos.

Los algoritmos de compresión disminuyen radicalmente el volumen de los datos. Y, por lo tanto, el tiempo de transmisión codificando la imagen en vez de leerla punto por punto, efectúan un análisis matricial de bloques de 8 líneas por 8 puntos (64 pixels). Y, caracterizan la distribución de los pixels en cada bloque, eliminando de pasada los coeficientes nulos o de bajo valor, y codificando los demás en un orden determinado, orden que a su vez es portador de información (método de Huffman).

Mediante este método, una imagen que normalmente ocuparía 823 kiloctetos no representa más que 40 kiloctetos. La tasa de compresión es del orden de 20 y su transmisión no requiere más de 2 a 3 segundos, en vez de 1,5 minutos.

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