XXVIII. LA SUPERCONDUCTIVIDAD

DESDE los tiempos de Rom� de l'Isle hasta la era actual, que bien podr�a llamarse la de la microelectr�nica, han transcurrido tan s�lo dos siglos. Creemos ahora entender qu� es un s�lido y c�mo modificar muchas de sus propiedades. En particular, hemos visto que es posible controlar la conductividad de muchos materiales y la consecuencia tecnol�gica tan impresionante que ello ha tenido. En nuestra discusi�n, el papel central lo han desempe�ado los electrones, sin que aparentemente intervengan, salvo en forma incidental, los iones. Aunque de la estructura cristalina y del tipo de �tomo surgen las caracter�sticas de las bandas, nunca hemos aqu� considerado que los iones puedan tambi�n moverse.

Sin embargo, es claro que los iones tambi�n se mueven, aunque lo hacen con menor celeridad que los electrones, ya que son miles de veces m�s pesados. Por otro lado, mientras el s�lido permanezca como tal, los iones no podr�n deambular por el cristal. Nuestra idea misma de un s�lido, a diferencia de un l�quido o de un gas, implica que los iones se encuentren limitados a la vecindad de su posici�n de equilibrio. Los iones, pues, s�lo podr�n oscilar con respecto a esos puntos de equilibrio. Y cuando la amplitud de la oscilaci�n sea muy grande, comparable a la distancia interat�mica en la red, el cristal empezar� a fundirse.

Pensemos entonces en un modelo para las vibraciones de la red: los �tomos se acoplan a sus vecinos pr�ximos con alg�n tipo de resorte. Este es un modelo razonable, ya que los iones s�lo vibran. Entre todos los posibles movimientos de los iones existen unos, llamados modos normales, en que todas las part�culas oscilan con la misma frecuencia. A los cuantos de energ�a de estos osciladores normales se les conoce t�cnicamente con el nombre de fonones. Los fonones se parecen mucho a unas part�culas microsc�picas reales: tienen una velocidad y energ�as bien definidas; son del tipo bos�n. Por otro lado, no pueden existir sin la malla, es decir, fuera del cristal. (Recu�rdese que tal vez �ste sea el caso de las part�culas m�s fundamentales, los quarks.) Adem�s, comunicando al s�lido m�s energ�a, los �tomos pueden vibrar m�s, cre�ndose m�s excitaci�n, o sea m�s fonones. Por otro lado, enfriando el cristal se logra que haya menos fonones. Por lo tanto, estas excitaciones de la malla se pueden crear y destruir.

Los fonones son responsables de muchos fen�menos en los s�lidos. En particular de la resistividad el�ctrica, pues interfieren con los electrones. Como ya vimos, al bajar la temperatura los �tomos se aquietan y desaparecen los fonones. Cuando bajamos mucho la temperatura, ya muy cerca del cero absoluto, puede darse que a través de los iones un electr�n atraiga a otro, venciendo la repulsi�n el�ctrica entre las cargas negativas. Con esto, los dos electrones corren juntos y forman una pareja que, por estar formada de dos fermiones, se comporta como un bos�n, que puede moverse sin resistencia a trav�s del cristal. ¡Estamos ahora frente a un superconductor!

Esta explicaci�n de la superconductividad se dio apenas hace veinticinco a�os, aunque la observaci�n de este fen�meno de bajas temperaturas data de principios de siglo. El estado superconductor es muy diferente al estado normal de los metales. Presenta una resistencia muy baja, no permite que un campo magn�tico penetre a su interior, en fin, representa toda una fase diferente. Dadas sus posibles aplicaciones: l�neas de transmisi�n sin p�rdida, electroimanes que pudieran generar campos magn�ticos enormes, una gran cantidad de trabajo te�rico y experimental se ha hecho en las �ltimas d�cadas para entender a los superconductores. Especial atenci�n se ha puesto en buscar materiales que sean superconductores a la temperatura m�s alta posible, incluso a la temperatura ambiente. Aunque esto no se ha logrado todav�a, si alg�n d�a ello fuera accesible, la superconductividad se convertir�a sin duda en una de las principales tecnolog�as al alcance del hombre.