En un trabajo para mejorar los superconductores, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Argonne y de la Universidad Northwestern, en Illinois, ha desarrollado una técnica capaz de generar diez estructuras cristalinas a partir de una sola fórmula química. Este avance podría acelerar el descubrimiento de materiales superconductores más eficientes.

El resultado de la investigación, publicado en la revista Science, tiene como base una idea aparentemente simple: intercambiar átomos dentro de una estructura cristalina sin alterar la proporción general de los elementos.

En este caso, los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne trabajaron con compuestos formados por bario, antimonio, azufre y telurio. Aunque mantuvieron fija la relación química entre los elementos, modificaron de manera gradual la cantidad y disposición de los átomos de azufre y telurio.

“La sorpresa fue que, a medida que añadíamos más azufre, casi todas las muestras resultaron ser un compuesto diferente”, dijo Xiuquan Zhou, investigador del Laboratorio Argonne y uno de los autores del estudio. “En lugar de simplemente mezclarse, se formaba un compuesto nuevo cada vez. Cada estructura era diferente, pero al observarlas con más detenimiento, nos dimos cuenta de que estaban relacionadas por una relación matemática que las agrupaba en una misma familia, denominada serie homóloga”, relató.

¿Qué significa el hallazgo?

Los superconductores son capaces de conducir electricidad sin resistencia, eliminando las pérdidas energéticas que afectan a las redes eléctricas, centros de datos, trenes magnéticos o dispositivos de computación cuántica. Sin embargo, la mayoría de los superconductores conocidos solo funciona a temperaturas extremadamente bajas, lo que limita su aplicación práctica.

Visualización de la estructura lograda por los investigadores de un laboratorio y una universidad en Estados Unidos. Imagen: Laboratorio Nacional Argonne.

Durante décadas, muchos de estos materiales fueron descubiertos por accidente. Ahora, el nuevo método apunta hacia un enfoque mucho más controlado y predecible. “Queremos encontrar nuevas familias de materiales”, afirmó Mercouri Kanatzidis, científico del Laboratorio Argonne y profesor de la Universidad Northwestern. “Estamos tratando de adelantarnos a la inteligencia artificial para que, si tenemos éxito, la IA pueda entrenarse con nuestro conocimiento”, agregó.

La referencia de Kanatzidis a la Inteligencia Artificial no es casual porque, actualmente, numerosos sistemas de IA son utilizados para buscar materiales prometedores mediante el análisis de bases de datos químicas. El problema es que esos algoritmos dependen de información previa y tienen dificultades para identificar estructuras completamente nuevas. Por eso, el método desarrollado ahora podría ampliar ese universo de datos y abrir caminos inexplorados para el diseño de materiales cuánticos.

Para confirmar sus descubrimientos, los investigadores recurrieron a sofisticadas técnicas de análisis, que incluyen difracción de rayos X de alta resolución, microscopía electrónica y espectroscopía de energía dispersiva. Estas herramientas permitieron observar las estructuras a escala atómica y verificar que cada compuesto presentaba configuraciones únicas.

El trabajo se suma a una ola reciente de investigaciones orientadas a diseñar superconductores. En los últimos años, científicos del MIT desarrollaron materiales con capas atómicas onduladas que exhiben propiedades superconductoras inusuales, mientras otros grupos han explorado cómo alterar estructuras cristalinas mediante presión, torsión o incorporación de átomos específicos.

Superconductores. Uno de los desarrollos de superconductores son los trenes que levitan sobre lasvías. Imagen: Afinidad electrica.

Ese conocimiento podría resultar decisivo en una de las mayores carreras científicas del siglo XXI: desarrollar materiales capaces de transportar electricidad sin pérdidas, revolucionando la energía, la computación y el transporte.

Si el método logra acelerar el descubrimiento de nuevos superconductores, el impacto tecnológico podría ser comparable al de la invención de los semiconductores hace más de medio siglo.