Los materiales basados en el paladio, denominados paladatos, podrían ser la solución a una nueva familia de semiconductores. Sin embargo, el paladio no es un elemento de bajo costo ni se conocen grandes reservas.
Podría estar a punto de comenzar una nueva era de superconductores, es una de las carreras más apasionantes de la física moderna. Ya en los años 80, se descubrieron muchos materiales superconductores, llamados cupratos, basados en el cobre.
En los últimos años, ha comenzado una nueva era de la superconductividad con el descubrimiento de los niquelatos. Estos superconductores se basan en el níquel, por lo que muchos científicos hablan de la “era del níquel en la investigación de la superconductividad”. En muchos aspectos, los niquelatos son similares a los cupratos, basados en el cobre y descubiertos en la década de 1980.
Ahora entra en juego una nueva clase de materiales. En una cooperación entre la TU Wien y universidades de Japón, se ha podido simular en computador el comportamiento de diversos materiales con más precisión que antes. Existe una “zona particular (en inglés, denominada Goldilocks zone) en la que la superconductividad funciona especialmente bien”.
“Esta zona no se alcanza ni con el níquel ni con el cobre, sino con el paladio. Esto podría dar paso a una nueva era en la investigación de la superconductividad, la era la de los paladatos”.
La búsqueda de temperaturas de transición más altas
A temperaturas cálidas, los superconductores se comportan de forma muy similar a otros materiales conductores. Pero cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura, cambian radicalmente, su resistencia eléctrica desaparece por completo y de repente pueden conducir la electricidad sin pérdida alguna. Este límite, en el que un material cambia entre un estado superconductor y uno de conducción normal, se denomina “temperatura crítica”.
El profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Técnica de Viena, declaró: “Ahora hemos podido calcular esta ‘temperatura crítica’ para toda una serie de materiales. Con nuestro modelado de alto rendimiento, pudimos predecir el diagrama de fases de la superconductividad del níquelato con un alto grado de precisión, como demostraron después los experimentos.”
Muchos materiales se vuelven superconductores justo por encima del cero absoluto (-273,15 °C), mientras que otros conservan sus propiedades superconductoras incluso a temperaturas mucho más elevadas. Un superconductor que siguiera siendo superconductor a temperatura ambiente y presión atmosférica normales revolucionaría radicalmente la forma en que generamos, transportamos y utilizamos la electricidad.
Sin embargo, aún no se ha descubierto un material así. No obstante, los superconductores de alta temperatura, incluidos los de la clase de los cupratos, desempeñan un papel importante en la tecnología, por ejemplo, en la transmisión de grandes corrientes o en la producción de campos magnéticos extremadamente intensos.
La búsqueda de los mejores materiales superconductores posibles es difícil. Hay muchos elementos químicos diferentes que entran en juego. Se pueden juntar en diferentes estructuras, se pueden añadir pequeñas trazas de otros elementos para optimizar la superconductividad.
El profesor Held señaló: “Para encontrar candidatos adecuados, hay que entender a nivel físico-cuántico cómo interactúan los electrones entre sí en el material”.
Esto demostró que existe un óptimo para la fuerza de interacción de los electrones. La interacción debe ser fuerte, pero no demasiado. Existe una “zona dorada” intermedia que permite alcanzar las temperaturas de transición más elevadas.
Los paladatos como solución óptima
Esta zona dorada de interacción media no se puede alcanzar ni con cupratos ni con niquelatos, pero si se puede con un nuevo tipo de material, los llamados paladatos.
El paladio se encuentra directamente una línea por debajo del níquel en la tabla periódica. Las propiedades son similares, pero los electrones allí están por término medio algo más alejados del núcleo atómico y entre sí, por lo que la interacción electrónica es más débil.
Los cálculos del modelo muestran cómo conseguir temperaturas de transición óptimas para los datos del paladio. “Los resultados computacionales son muy prometedores”, comentó el Prof. Held. “Esperamos poder utilizarlos ahora para iniciar investigaciones experimentales. Si disponemos de toda una nueva clase adicional de materiales con paladatos para comprender mejor la superconductividad y crear superconductores aún mejores, esto podría hacer avanzar todo el campo de la investigación.”
