El tamaño de las impurezas afecta al funcionamiento de los materiales superconductores

Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han trabajado duro para encontrar la correlación entre las impurezas y los materiales superconductores, centrándose en cómo el tamaño de estas impurezas puede afectar o incluso beneficiar a un material superconductor.

Un material superconductor es aquel capaz de mantener la electricidad sin perder energía por fugas. Estos materiales se utilizan habitualmente en la industria médica a través de la tecnología de resonancia magnética y están llamados a desempeñar un papel fundamental en la materialización de las tecnologías energéticas.

El óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre (Bi2212) es un material superconductor y se considera el único de su clase que puede enrollarse a temperaturas extremadamente altas, por lo que se espera que se utilice en todo lo que entra dentro de la física de altas energías. Por ejemplo, en transformadores, líneas de transmisión eléctrica, motores, etc.

También será útil en áreas que requieran campos magnéticos enormes. Esto incluye las aplicaciones magnéticas que entran en esta categoría, con ejemplos como la tecnología de imágenes por resonancia magnética y los electroimanes.

Para que el Bi2212 pueda utilizarse en cualquiera de estas aplicaciones, el material se calienta a unos 900 grados Celsius después de ser fabricado en un alambre multifilamento que contiene entre 500 y 1.000 filamentos de Bi2212 recubiertos de plata. Sin embargo, este proceso genera impurezas que consisten en gran medida en partículas porosas y Bi2201 en el material.

El Dr. Justin Schwartz, autor y catedrático de Kobe Steel y HOD de Ciencia e Ingeniería de Materiales del estado de Carolina del Norte, afirma que, aunque las partículas porosas son un problema, lo más importante son las impurezas.

Estas impurezas son las que podrían alterar positiva o negativamente el rendimiento del Bi2212. Por ejemplo, las investigaciones han demostrado que las impurezas a gran escala dificultan la superconductividad y actúan como obstáculos para la corriente.

Una de las formas que han encontrado para mejorar el rendimiento del Bi2212 como superconductor son las impurezas a nanoescala que oscilan entre 1,2 y 2,5 de ancho. Estas impurezas o defectos a nanoescala sirven como punto de pivote para fijar el flujo magnético en su posición. Este punto de pivote actúa para estabilizar los vórtices magnéticos y evitar que se desplacen causando resistividad y obstruyendo la superconductividad en presencia de un campo magnético.

Dado que se quiere emplear el Bi2212 para producir campos magnéticos elevados utilizando corriente eléctrica, fijar el flujo magnético no es una opción sino una necesidad para que este material pueda funcionar en la existencia de un campo magnético.