Un superconductor hallado en la naturaleza conmociona al mundo científico

En una nueva investigación, los científicos explican cómo un mineral encontrado en la naturaleza es algo más que un superconductor típico. La miasita es un mineral metálico gris hecho de rodio y azufre que, como explica Science Alert, fue identificado como un superconductor normal en 2010. Pero ahora, la miasita ha superado una serie de pruebas extrañas que demuestran que también es un superconductor "no convencional", uniéndose a un pequeño grupo que, hasta ahora, sólo incluía materiales concebidos en laboratorio. Esta investigación aparece ahora en la revista Communications Materials, y para entender lo que significa todo esto, primero tenemos que entender los superconductores convencionales.

Dentro de un material normal que conduce la electricidad, los electrones en movimiento pasan por donde tienen espacio para hacerlo. Pero esos caminos no son enormes ni perfectos, por lo que los electrones experimentan resistencia. Los conductores suelen organizarse en función de la resistencia que producen: cuanta menos resistencia, mejor. Algunos productos, como las almohadillas térmicas, utilizan intencionadamente la resistencia porque los electrones depositan más de su energía en la estructura cuando se "atascan".

La superconductividad, por su parte, es un estado en el que la resistencia eléctrica dentro de un material sólido desciende hasta cero. Fue descubierta por primera vez en 1911 por el científico holandés Heike Kamerlingh Onnes y sus estudiantes, y desde entonces los científicos han teorizado sobre distintos tipos, o el potencial de distintos tipos.

Un material superconductor típico sólo alcanza la superconductividad a temperaturas extremadamente bajas y, normalmente, bajo una gran presión. Esto se debe a que la principal teoría que explica los superconductores, llamada Teoría Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), se basa en pares de electrones especiales mantenidos a baja temperatura en el estado de la materia llamado Condensado de Bose-Einstein (BEC). Un BEC de alta temperatura es tan buscado como un superconductor de alta temperatura, ya que enfriar cualquier cosa hasta casi el cero absoluto es costoso en equipos y energía.

Los superconductores no convencionales son materiales superconductores que no se ajustan a lo que sabemos sobre la teoría BCS. Pero para probar materiales superconductores no convencionales había que fabricarlos en un laboratorio y luego ponerlos a temperaturas cercanas al cero absoluto. Esto no fue posible durante mucho tiempo.

En 1978, el físico alemán Frank Steglich descubrió en su laboratorio el primer superconductor no convencional, hecho de cerio, cobre y silicio. Este superconductor "fermión pesado" no se ajusta a la teoría BCS, por lo que su superconductividad procede de algo más. Otros tipos de superconductores no convencionales son los cupratos (materiales específicos que contienen cobre) y los ferropnítidos (hierro con nitrógeno, bismuto u otros elementos del Grupo 15).

Pero, como explica el nuevo artículo, todos estos materiales "son productos de la química sintética del estado sólido y no se encuentran en la naturaleza. Nuestro trabajo establece que el Rh17S15 es un miembro único de los superconductores no convencionales, siendo el único ejemplo que se da como mineral natural". El rodio es "un superconductor frágil" por sí solo y en una serie de compuestos fabricados en laboratorio. El azufre también se encuentra en el sulfuro de hidrógeno superconductor, un gas que nunca se encontraría en forma mineral sólida en la naturaleza, a menos que esa naturaleza se encuentre en las profundidades de Urano.

La miasita fabricada en laboratorio superó todas las pruebas de superconductividad, explica David Nield, de Science Alert. "Se utilizaron tres pruebas diferentes para establecer la superconductividad no convencional, incluida la prueba de profundidad de penetración de London, que mide la reacción del material a un campo magnético débil. Otra prueba consistió en crear defectos en el material, que pueden afectar a la temperatura a la que se convierte en superconductor." También estudiaron la naturaleza y cantidad de huecos energéticos del material, porque esta cualidad especial es la que permite la superconductividad. Cuando el material se enfría lo suficiente, su intervalo energético cambia a uno en el que los electrones pueden intercambiarse libremente sin resistencia.

La miasita es el primer mineral natural que muestra una superconductividad no convencional, pero los investigadores explican que se une a una interesante categoría de superconductores naturales: la covelita, ciertos meteoritos, la parkerita, la paladseita y la propia miasita son superconductores tradicionales fabricados en laboratorio que tienen análogos naturales. Este artículo explora las cualidades no convencionales de la miasita, además de las convencionales.

Aunque la miasita se encuentra en la naturaleza, es improbable que una muestra natural sea superconductora. Este mineral quebradizo suele encontrarse como una inclusión, como las pepitas de chocolate en la masa de galletas de otro mineral. Algunos yacimientos datan probablemente de justo después del nacimiento del Sistema Solar, hace 4.450 millones de años, y han estado dando tumbos por la Tierra desde entonces. Sí, los científicos analizaron su muestra de laboratorio en un estado desordenado, pero ese proceso es muy ordenado en comparación con miles de millones de años de experiencia en el mundo real.

Pero ahora, todo aquel que tenga una muestra de miasita tiene entre manos un superconductor potencial no convencional. ¡Al laboratorio!