Sólido, líquido, gaseoso, plasma... A la lista de estados de la materia que pueden encontrarse en la naturaleza hay toda una lista de estados alternativos que el ser humano ha reproducido en laboratorio. Esa lista tiene un nuevo miembro: los metales Jahn-Teller, y pueden ser la clave de superconductores a alta temperatura.

El nuevo estado de la materia tiene la apariencia de un metal, y podr√≠a definirse como conductor-no conductor (que presenta diferentes propiedades el√©ctricas en funci√≥n de la presi√≥n). No parece nada espectacular, pero puede ser el nuevo integrante de un selecto grupo de estados de la materia experimentales entre los que se cuentan el condensado de Bose‚ÄďEinstein (que se da en ciertas sustancias a temperaturas cercanas al cero absoluto), la materia degenerada, o el plasma de quarks -gluones.

El hallazgo a√ļn tiene que ser confirmado por la comunidad cient√≠fica, pero es realmente prometedor. Sus descubridores son los miembros de un equipo internacional de investigadores del Instituto Avanzado de Investigaci√≥n de Materiales de la Universidad Tohoku, en Jap√≥n, liderado por el profesor Kosmas Prassides. Recien publicado enla revista Science Advances, el nombre del nuevo estado se debe precisamente al efecto Jahn-Teller, una distorsi√≥n magnetoqu√≠mica propuesta por Hermann Arthur Jahn y Edward Teller.

Ambos físicos demostraron que al ser sometidas a diferentes presiones, la estructura de moléculas e iones de algunas sustancias muestran una distorsión que afecta a sus propiedades eléctricas. Resumido de forma muy básica, lo que ocurre con los metales Jahn-Teller es que, al someterlos a una determinada presión, pasan de ser un aislante a ser un conductor.

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Ilustración que muestra la estructura molecular de esferas de buckminsterfullereno y átomos de cesio / Universidad de Tohoku

La sustancia que est√°n estudiando en Tohoku est√° formada por una estructura cristalina de buckminsterfullereno y √°tomos de cesio. El buckminsterfullereno es un tipo de fullereno con una estructura molecular muy estable compuesta por esferas de 60 √°tomos de carbono. Al aumentar la presi√≥n a√Īadiendo √°tomos de rubidio, las esferas se deforman y la sustancia pasa de tener una estructura cristalina aislante de la electricidad, a presentar las caracter√≠sticas de un metal conductor.

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Lo interesante es que, entre ambas fases, el metal atraviesa un estado intermedio hasta ahora desconocido cuyas propiedades todavía se están estudiando. Hamish Johnson explica ese estado de la siguiente manera en Physics World:

Bajo microscopía de infrarrojos, las moléculas de fullereno aparecen claramente distorsionadas como balones de rugby, que es una característica de los aislantes. Sin embargo, la resonancia magnética muestra claramente que los electrones son capaces de saltar de una molécula a la otra, una característica típica de los metales conductores.

Superconductores a mayor temperatura

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Aspecto a simple vista de un conglomerado de fullereno C-60 / Wikimedia Commons

¬ŅY todo esto qu√© tiene de importante? Pues en realidad mucho. Kosmas Prassides y su equipo creen que ese estado intermedio es la clave para explicar por qu√© algunos materiales son capaces de ser superconductores a mayor temperatura que los actuales.

Cuando algunos metales se enfr√≠an artificialmente por debajo de una determinada temperatura cr√≠tica (diferente para cada metal), se convierten en superconductores de la electricidad. En ese estado, el metal ofrece cero resistencia el√©ctrica. Lamentablemente, para alcanzar esa superconductividad es preciso bajar hasta cifras en torno a -243 grados celsius. Las instalaciones para ello son complejas y muy caras, lo que hace a estos materiales poco viables para aplicaciones industriales de uso com√ļn.

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En los a√Īos 80 se descubrieron ciertos compuestos basados, por ejemplo, en el cobre, que mostraban superconductividad a altas temperaturas (altas en t√©rminos de superconductividad, o sea, alrededor de -135 grados celsius), pero la comunidad cient√≠fica a√ļn no ha logrado explicar del todo c√≥mo tiene lugar esta superconductividad y hay varias teor√≠as a√ļn no demostradas.

Aun queda mucho por hacer, pero la importancia del descubrimiento de los metales Jahn-Teller radica en que el estado intermedio entre aislante y conductor muestra características muy similares a las de otros superconductores a mayores temperaturas. Este nuevo estado de la materia abre la puerta a explicar por fin cómo funcionan los superconductores a alta temperatura, un campo de investigación que puede revolucionar por completo la electrónica. [Universidad de Tohoku, vía Physics World]

Foto de portada: Prueba de material superconductor flotando mediante levitación magnética / Julian Litzel (Jullit31) Wikimedia Commons

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