No sólo como combustible: Los hidrocarburos también superconducen

Átomos de potasio intercalados en cristales del compuesto orgánico piceno logran superconductividad a temperaturas relativamente altas.

La superconductividad es una de esas propiedades casi mágicas que parecen desafiar toda intuición sobre cómo debería funcionar el mundo físico. En un superconductor, las corrientes eléctricas fluyen sin resistencia — un electrón pasa sin impedimento a través del material como un torpedo a través de un océano sin fricción. Tras descubrir el fenómeno en 1911, el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes demostró que una corriente eléctrica encerrada en un bucle superconductor de mercurio se mantendría fluyendo mucho después de que se eliminase el potencial; demostró su descubrimiento llevando tal corriente persistente de los Países Bajos a Inglaterra.

Desde entonces, los físicos han descubierto superconductores basados en otros metales, e incluso en cerámica. La última entrada es una que tiene su raíz en los hidrocarburos, el cual superconduce a una temperatura relativamente alta comparado con los metales elementales.

Los hallazgos proceden de un equipo de investigadores japoneses, que informan en el ejemplar del 4 de marzo de la revista Nature de que la molécula de hidrocarburo piceno, normalmente un semiconductor, se transforma en superconductor potencial cuando se le intercala un metal alcalí como el potasio o el rubidio. Y cuando el piceno (C22H14) es dopado con potasio, superconduce a la relativamente alta temperatura de 18 kelvins (–255 grados C). Aunque la temperatura de transición está muy por debajo de la de los superconductores basados en óxidos de cobre similares a los cerámicos, donde la electricidad puede fluir sin resistencia a unos 160 kelvins, o –113 grados C, el descubrimiento podría llevar al desarrollo de nuevos superconductores de alta temperatura basados en la química orgánica.

Yoshihiro Kubozono, profesor de química y física del estado sólido en la Universidad de Okayama en Japón y un coautor del estudio, dicen que el piceno es el primer ejemplo de un hidrocarburo superconductor. (Los investigadores habían tenido un éxito similar logrando que compuestos estrictamente de carbono superconducieran, por ejemplo, dopando el fullereno C60 con potasio). Los hidrocarburos son mejor conocidos por su combustibilidad que por sus propiedades eléctricas: La gasolina es un derivado del hidrocarburo, incluyendo el conocido octano (C8H18); el gas natural que calienta la mitad de los hogares de los Estados Unidos es mayormente metano (CH4).

El piceno aparece en la naturaleza en el alquitrán y se encuentra en residuos del refinado de petroleo, pero Kubozono y sus colegas sintetizaron el compuesto para el nuevo estudio. La molécula del piceno es plana, y forma cristales comprimiendo capas apiladas. Cocinando el compuesto durante días con un metal alcalí como el potasio, introdujeron átomos metálicos entre las capas de hidrocarburos, lo cual mejora su conductividad en los planos paralelos a los bloques de piceno.

Kubozono dice que él y sus colegas están ahora dopando el piceno con otros metales – en el nuevo estudio, el grupo informa de sus intentos con sodio y cesio, junto al potasio y rubidio — para aumentar más la temperatura de superconducción del material. También están experimentando con otros hidrocarburos paara ver cuáles pueden superconducir, dice Kubozono.

Brian Maple, físico de la Universidad de California en San Diego, dice que la investigación es un paso interesante para expandir el dominio de la superconductividad, particularmente en el régimen de alta temperatura. “Esto es sólo otro ejemplo de cómo de predominante es la superconductividad entre un amplio rango de materiales si puedes convertirlos en metales”, dice. “Globalmente, creo que esto demuestra que se debería ser optimista sobre la posibilidad de encontrar superconductores con temperaturas de transición más altas, mirando en direcciones que hasta ese momento nadie había pensado que fuese muy prometedora”.