¿Existe la confianza (de la academia) de que los superconductores a temperatura ambiente serán generalizados y asequibles en los próximos cincuenta años?

Existe una gran cantidad de confianza de que algún día se detectará / diseñará un superconductor a temperatura ambiente. Después de todo, hay varios superconductores que superconducen a la mitad de la temperatura ambiente, y la física de los materiales no es necesariamente muy diferente a 150K en comparación con 300K. Además, parece haber más de una razón por la cual un material podría convertirse en superconductor, ya que el mecanismo que describe por qué algunos elementos metálicos se convierten en superconductores no parece aplicarse a algunos de los superconductores de temperatura más alta. Por lo tanto, si un mecanismo superconductor dado solo puede producir X-Tc (temperatura de transición superconductora), no necesariamente descarta un mecanismo diferente para producir 2X-Tc.

Lo que la gente tiene menos confianza es si el superconductor de temperatura ambiente del futuro puede ser asequible, si realmente puede hacer cosas útiles y cuándo será descubierto o diseñado.

¿Será asequible?

La superconductividad a temperatura ambiente no se ha confirmado en ningún material o compuesto que conozcamos (sin embargo, se han hecho muchas afirmaciones sin fundamento). ¿Qué pasa si el primer superconductor a temperatura ambiente está compuesto de elementos que no son abundantes en la tierra? ¿Qué sucede si el primer superconductor a temperatura ambiente requiere algún procedimiento de síntesis especializado, como someter el material a presiones más altas que el centro de la tierra o hacer crecer un compuesto compuesto metaestable de un átomo a la vez? Cualquiera de estos escenarios podría hacer que los superconductores sean excesivamente caros para la tarea no muy costosa de transportar electricidad.

¿Será capaz de hacer cosas útiles?

La mayoría de las propiedades ‘útiles’ de los superconductores (pero no todas) provienen de su capacidad para transportar una corriente bastante grande y sin disipación. Una paradoja que ha limitado la aplicación de superconductores de alta temperatura que tenemos es que, aunque son superconductores a altas temperaturas (el nitrógeno líquido es tostado por cierto cálido), no necesariamente se puede enviar una tonelada de corriente a través de ellos a esta ‘alta’ temperatura (una consecuencia de baja densidad de portadores y vórtices magnéticos). El grado en que esto se aplicará a futuros superconductores a temperatura ambiente depende de cuáles sean los materiales.

¿¿Cuando??

La gran mayoría de los nuevos superconductores se descubrieron accidentalmente , y si el historial es una guía, esto también se aplicará a los superconductores a temperatura ambiente. No podemos predecir exactamente cuándo ocurrirá el accidente correcto. Lo único que podemos hacer para tentar al destino es invertir en investigación de materiales, con la esperanza de que aparezca un superconductor a temperatura ambiente, o al menos una idea de cómo diseñar uno. E incluso si un superconductor a temperatura ambiente no aparece en el futuro cercano, seguramente descubriremos una propiedad de materiales igualmente fabulosa e incluso más útil durante nuestra búsqueda.

Editar: aquí hay una perspectiva teórica de uno de mis colegas: https: //arxiv.org/pdf/1801.00165…

Para una historia de reclamos y especulaciones sobre la superconductividad a temperatura ambiente, vea Superconductor a temperatura ambiente – Wikipedia.

El mejor candidato para la superconductividad a 300 Kelvin es el hidrógeno a (muy) alta presión. Algunas personas han especulado que una vez que se produce una fase superconductora de hidrógeno a alta presión, por ejemplo en una celda de yunque de diamante, seguirá siendo metaestable una vez que se elimine la presión. Creo que esto es bastante inverosímil. Es el tipo de cosas que la gente dice en una propuesta de subvención, sin creer realmente.

Para aplicaciones de superconductores para la creación de campos magnéticos fuertes, tener una temperatura de transición alta, T_c, no es el problema más importante. En la práctica, el imán superconductor: las wikipedias todavía están hechas de niobio-titanio y / o niobio-estaño, que funcionan mejor cuando se enfrían a 4,2 Kelvin o menos con un refrigerador de helio.

De hecho, la verdad es que los superconductores no son muy útiles para la mayoría de las aplicaciones cuando se usan cerca de T_c. Esto se debe a que los superconductores que son útiles para las aplicaciones son los superconductores de tipo II: Wikipedias. En estos materiales, el flujo magnético aparece en forma de líneas de flujo cuantificadas. (Ver: vórtice Abrikosov – Wikipedia.) Estos materiales solo tienen resistencia eléctrica cero cuando se fijan las líneas de flujo magnético. La fijación es causada por defectos en el material, que pueden ser aleatorios o creados intencionalmente. Resulta que la fijación no funciona bien cerca de T_c.

Por lo tanto, la mayoría de las aplicaciones que le gustaría operar a temperatura ambiente en realidad solo serían prácticas utilizando un material que tenga un T_c muy por encima de eso. Es poco probable que esto sea posible. Sin embargo, enfriar a temperatura de nitrógeno líquido (77 K) es mucho menos costoso que enfriar a temperatura de helio líquido. No es irracional esperar que podamos descubrir algún material nuevo que tenga un buen rendimiento utilizando solo un refrigerador de nitrógeno. Esto sería de gran importancia práctica.

Entre todas las configuraciones posibles de átomos que son estables a temperatura y presión estándar, ¿alguno de ellos se superconduce a temperatura ambiente? La respuesta podría ser no. En este caso, no solo no tendremos superconductores asequibles a temperatura ambiente en 50 años, sino que nunca los tendremos. Por otra parte, tal vez serán descubiertos mañana. Nadie lo sabe realmente.