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Jueves 30 de marzo de 2006 Es un fuente de fascinantes problemas para la ciencia pura y de futuristas proyectos para quienes diseñan la tecnología del futuro. La superconductividad, de eso hablamos, tiene su lugar en la Facultad de Ciencias Exactas, para ser mas precisos, en el Laboratorio de Bajas Temperaturas que conduce Victoria Bekeris. Por Susana Gallardo (*)
En el Laboratorio de Bajas Temperaturas, en el Pabellón I de la Ciudad Universitaria, se trabaja en condiciones extremas: temperaturas de 270 grados bajo cero y presiones 250 mil veces más altas que la normal. Claro, no son los investigadores quienes están tiritando nsi aplastados por las altísimas presiones, sino los materiales, o cierto tipo de materiales, que gracias a esas temperaturas pueden convertirse en superconductores, es decir, pueden transportar electricidad sin pérdidas o disipación de calor. Asimismo, con altas presiones es posible deformar un material y cambiar sus propiedades sin modificar su estructura química. Para lograr estas condiciones extremas se necesitan instrumentos especiales, y costosos. En tal sentido, la doctora Victoria Bekeris, directora del laboratorio y profesora en la FCEyN, enumera, con orgullo, los equipos que se han comprado en los últimos años: una máquina para licuar helio (a fin de lograr temperaturas muy bajas) y un magnetómetro, o medidor de propiedades magnéticas, de muy alta resolución. Entre los dos suman unos 600 mil dólares que fueron proporcionados uno en el marco del proyecto FOMEC, y el segundo por la Fundación Antorchas. En realidad, el laboratorio forma parte de una red nacional que abarca 14 grupos de investigación, en Bariloche, Córdoba, Tucumán, La Plata y Buenos Aires, los cuales son también beneficiarios del nuevo equipamiento. El magnetómetro o SQUID (Superconductor Quantum Interference Device), basado en una propiedad sólo descripta por la mecánica cuántica, es muy sensible a cualquier variación del campo magnético, aun la más pequeña. Bekeris brinda un ejemplo: “Si se tiene un SQUID en un avión, éste podría detectar la variación del campo magnético terrestre por la presencia de un submarino”. Lo cierto es que se pueden investigar pequeñas señales magnéticas que pasarían totalmente inadvertidas con un magnetómetro común. Es entonces imprescindible el uso de un magnetómetro SQUID. Superconductores menos fríos En cuanto a la superconductividad, se trata de una propiedad que fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4 grados Kelvin (269 grados centígrados bajo cero). El hecho es que, cuando se licua un gas noble, las moléculas van perdiendo energía, y el gas pasa al estado líquido. En el caso del helio, ello ocurre a 270 grados bajo cero. Así, el disponer de una fuente fría durante un tiempo más o menos largo hizo posible enfriar materiales, y, lo más importante, se observó que éstos, al alcanzar tan bajas temperaturas, perdían resistencia. “Se cuenta que Kamerlingh Onnes, cuando su tesista observaba que había pérdida de resistencia, le decía que había medido mal. Luego de innumerables mediciones, debió admitir que se llegaba a la resistencia nula, aunque no se podía explicar por qué”, relata Bekeris. En la década del 50 se pudo explicar cuál era el fenómeno. “Este consiste en una condensación de pares, los electrones del metal logran aparearse. Se trata de cargas eléctricas repulsivas, por lo que es difícil imaginar que dos cargas del mismo signo puedan atraerse”, señala. Sin embargo, el mecanismo que “los une” fue entendido ya entonces. Esos pares de electrones se hacen superfluidos, y todos juntos, apareados, pueden llevar la electricidad sin pérdidas. Tener esa situación a temperatura ambiente es lo que todo el mundo soñaba desde 1913, porque, si bien los superconductores se ofrecían como el medio ideal para transmitir energía a grandes distancias, la necesidad de refrigeración hacía muy costoso el uso de estos materiales. Pero en 1986 se produjo una verdadera revolución, cuando se descubrió un nuevo compuesto que era superconductor a una temperatura no tan baja: unos 160 grados centígrados bajo cero. Para ello alcanza con licuar aire, que es mucho más barato que el helio. Flujo magnético y pérdida de energía Otra propiedad que poseen estos materiales es que, al ser sometidos a un campo magnético, no le “permiten” la entrada, sino que lo repelen. Sin embargo, si el campo supera un valor crítico, ya no puede ser expulsado y penetra en el superconductor en líneas de flujo magnético, llamadas vórtices. Estos vórtices forman redes que pueden ser observadas mediante determinadas técnicas. El problema es que, al hacer pasar corriente por el material, esos vórtices se mueven y parte de la energía se pierde como calor. En el Laboratorio de Bajas Temperaturas de Exactas, precisamente, se estudian los vórtices que se forman en los materiales. “Dado que, si los vórtices se mueven, el material disipa energía y deja de ser superconductor, se está buscando la manera de fijarlos o anclarlos”, explica Bekeris. Una forma de lograrlo, según la investigadora, es producir defectos en el material. Para ello, es necesario conocer muy bien la física de estos materiales. Los investigadores trabajan con óxidos de cobre, que poseen algunas imperfecciones en las que los vórtices pueden “fijarse”. “Estamos estudiando dos tipos de materiales. Uno de alta temperatura crítica y otro de baja, porque los comportamientos son distintos”, indica la investigadora, y aclara: “En el de baja temperatura crítica, no se producen fluctuaciones térmicas. Podemos compararlos para ver la física de estos sistemas”. Bekeris afirma que estos materiales también tienen “memoria”. El hecho es que es posible modular el campo magnético, es decir, aumentarlo o bajarlo. De este modo, se pueden mover algunos vórtices, y ordenarlos, formando hexágonos. Pero los vórtices también pueden quedar desordenados, porque interactúan también con los defectos del cristal. Los sistemas físicos van siempre hacia el mínimo de energía y hacia el equilibrio (los biológicos, mientras viven, se mantienen fuera del equilibrio). Si un sistema es perturbado, éste rápidamente vuelve a su estado original. “Sin embargo, observamos que estos materiales, no entendemos bien por qué, se pueden ordenar, o desordenar, y ese estado se mantiene durante un tiempo largo, aunque estén fuera del equilibrio”, señala Bekeris, y subraya: “Eso sería como una ‘memoria’ ”. El material retiene la acción que uno produjo sobre él. Y continúa: “Puedo apagar la perturbación que ordenaba el material y, a la media hora, sigue ordenado. Si luego pongo una perturbación que lo desordena, apago la perturbación, y a la media hora vuelvo, y lo veo igual”. La perturbación es una modificación que se le hace al campo magnético. La investigadora realiza su relato como si manipulara la materia, y con sus manos ordenara y desordenara ciertos “objetos” denominados vórtices. Pero, en realidad, no manipula la materia. El material sigue siendo el mismo, lo que cambia es la distribución del campo magnético en el interior de la muestra. El objetivo de los investigadores es comprender cómo se comportan las líneas de flujo en esas condiciones, para poder así modificar los materiales para que conserven sus propiedades intactas aun cuando se los someta a campos magnéticos altos. Si bien se trata de una investigación básica, es claro que el mayor conocimiento y la posibilidad de mejorar estos materiales abre interesantes perspectivas futuras. De hecho la superconductividad posee muchas aplicaciones, y algunas ya comienzan a rendir sus frutos.
(*) Centro
de Divulgación Científica - SEGBE - FCEyN. |
