Superconductores a presión

En el Laboratorio de Bajas Temperaturas del Departamento de Física de Exactas, un equipo de investigadores dirigidos por Carlos Acha, trabaja con diversos materiales tratando de comprender las razones por las cuales se pueden convertir en superconductores cuando se los somete a altas presiones.

22 Ago 2012 POR Patricia Olivella

(De izq. a der.) Sentados: Ezequiel Bernatene, Victoria Bekeris, Maricel Rodríguez y Mariano Marziali. De pie: Eduardo Pérez-Wodtke, Carlos Acha, Alejandro Schulman, Claudio Chiliotte, Santiago Carreira, Dante Giménez.

Los superconductores, esos materiales que poseen la fascinante capacidad de conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía nulas, despiertan esperanzas de usos múltiples y diversos. De hecho, se viene soñando con sus aplicaciones desde que se los descubrió a principios del siglo XX. Cables que transmitan electricidad sin pérdidas, motores mucho más eficientes, trenes que leviten sin gastar energía. En todo esto y mucho más piensan algunos de los investigadores que, en el marco del Laboratorio de Bajas Temperaturas y dirigidos por Carlos Acha, desarrollan dos líneas de investigación, una de las cuales podría redundar en grandes posibilidades de aplicación, mediante el desarrollo de una memoria cuya carga no decaiga con el tiempo.

“Tenemos dos líneas. Una de ellas está dedicada a investigar superconductores basados en la familia del hierro”, se presenta Acha. Tradicionalmente existen superconductores de baja temperatura crítica, materiales que cambian sus propiedades y se vuelven superconductores cuando se los somete a muy bajas temperaturas. Pero hay otros de alta temperatura crítica, en general materiales llamados cupratos. “A nosotros nos interesa entender cuáles son los parámetros que afectan a la temperatura crítica superconductora”, explica Acha. Qué es lo que determina esa temperatura crítica tiene que ver íntimamente con el mecanismo que produce la superconductividad. La teoría BCS (por las iniciales de sus descubridores Bardeen, Cooper y Schieffer) explica por qué razón se obtiene superconductividad a bajas temperaturas (menores a los 30ºK). Pero esta teoría no logra explicar la superconductividad a temperaturas mayores.

“Yo hice mi posdoctorado en Grenoble, Francia. Ahí aprendí una técnica que permite aplicar presiones altísimas sobre el material –llegamos a 200.000 atmósferas- para producir cambios en la estructura y ver si esos cambios ayudan a subir la temperatura crítica del material, o no. Nosotros obtuvimos, en ese momento, un record al lograr que un cuprato se haga superconductor a 166ºK, la temperatura más alta, alcanzada bajo presión. Todo el trabajo que hicimos nos ayudó a entender qué era importante para esa superconductividad a nivel estructural”, recuerda el investigador. Aplicando presión al material, los especialistas tratan de entender los mecanismos que pueden convertirlo en superconductor. Para ello trabajan con celdas de alta presión. La presión se aplica con unos yunques que tienen la punta de diamante, lo que permite soportar altas presiones sin deformarse. Materiales que son aislantes, con esas presiones pasan a ser conductores; y al subir más la presión algunos se convierten en superconductores. “Con esa presión podemos producir cambios enormes en las propiedades eléctricas y magnéticas de materiales. También podemos deprimir la temperatura”, afirma Acha.

Por otro lado, en el equipo estudian las propiedades eléctricas que se producen cuando se junta un óxido con un metal. Después de trabajar tantos años con materiales superconductores, han obtenido conocimiento del material que les permite experimentar con ellos para el desarrollo de junturas. “Hacemos junturas, por ejemplo, de platino u oro con un material superconductor que es un cuprato y producimos cambios eléctricos, en este caso ligados a una electromigración de oxígenos. Al migrar los oxígenos cambian las condiciones de interface”, explica Acha.

Los investigadores han comprobado que esa juntura tiene una resistencia que se puede controlar con un campo eléctrico. Se puede modificar y se puede hacer que la resistencia suba o baje en forma permanente. Se produce un cambio estable, con un muy bajo decaimiento en el tiempo. “Eso es ideal para hacer memorias tales como discos rígidos para notebooks o pendrives. Hay una búsqueda para poder miniaturizarlas y también para poder aplicarlas en condiciones adversas, como en los satélites”, comenta el especialista. En 2010, el equipo formó parte de un consorcio que ganó el premio Dupont-Conicet para el desarrollo de memorias para aplicaciones satelitales. “Tuvimos contactos con CONAE e INVAP y estamos en la etapa de controlar muy bien la fabricación de estos dispositivos para que sean reproducibles y puedan tener algún uso industrial.

“Hay algo en este desarrollo que me entusiasma mucho –dice Acha- vimos que estos dispositivos tienen un funcionamiento muy parecido al de la sinapsis. Cuando uno va aprendiendo, las neuronas se van comunicando y la conexión entre esas neuronas se mejora mucho. Bueno, estas memorias tienen esta capacidad: cada vez que se las va reforzando, la resistencia baja cada vez más y su conectividad mejora. Nosotros estamos apuntando a entender muy bien cómo funcionan, para poder simular pequeños cerebros. Por supuesto, tenemos todavía que discutir con gente que trabaja en inteligencia artificial y en redes neuronales, como para hacer que estos pequeños dispositivos electrónicos aprendan de las condiciones de trabajo y mejoren su funcionamiento. Es una parte del objetivo a largo plazo que queremos lograr”, concluye.