¿Puede la luz desencadenar la superconductividad? Un nuevo estudio reaviva el debate

Breves explosiones de luz podrían convertir algunos materiales en superconductores fugaces. Un nuevo estudio refuerza los argumentos a favor de esta controvertida afirmación, realizada por primera vez hace más de una década. Pero mientras algunos físicos están convencidos, otros siguen siendo escépticos.

Los superconductores transmiten electricidad sin resistencia, normalmente sólo a bajas temperaturas. Pero desde 2011, algunos científicos han afirmado que ciertos materiales, cuando son impactados por pulsos láser intensos y ultracortos, pueden convertirse brevemente en superconductores a temperaturas muy por encima de su límite normal, incluida la temperatura ambiente.

La investigación anterior mostró un cambio temporal en la reflectividad de los cupratos, compuestos que contienen cobre y oxígeno, cuando se les aplica luz. Ese cambio indicó una caída en la resistencia que duró apenas una billonésima de segundo, o picosegundos. Los críticos argumentaron que el cambio podría deberse a efectos distintos de la superconductividad.

El nuevo estudio responde. Un cuprato expulsa campos magnéticos cuando recibe luz, informan el físico Andrea Cavalleri y sus colegas el 10 de julio en Nature. Esa expulsión, dicen, es un sello distintivo de la superconductividad conocida como efecto Meissner (SN: 6/7/15).

La observación es "básicamente una firma inequívoca de superconductividad", dice el físico Dmitri Basov de la Universidad de Columbia, que no participó en la investigación.

No todo el mundo está tan convencido del nuevo trabajo. "Están viendo este cambio que dura [aproximadamente] un picosegundo, y no es inmediatamente obvio que sea lo mismo que el efecto Meissner", dice el físico Steve Dodge de la Universidad Simon Fraser en Burnaby, Canadá.

Los superconductores atraen un intenso interés por parte de los físicos, en parte debido a su potencial tecnológico. Un superconductor que funcione a altas temperaturas podría permitir una transmisión de energía más eficiente, por ejemplo, ahorrando potencialmente grandes cantidades de energía. Y los misterios aún envuelven el fenómeno. Los cupratos son superconductores a temperaturas más altas que la mayoría y aún no se comprende completamente por qué.

Los científicos sabían que la luz podía alterar la superconductividad, pero la idea de que la luz también pudiera generarla fue inesperada y controvertida. Y en estudios anteriores, "las cosas eran un poco subjetivas, como que 'olían' a superconductor pero... realmente no se podía estar seguro", dice Cavalleri, del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo.

Así pues, Cavalleri y sus colegas fijaron su mirada en el efecto Meissner. Estudiaron un tipo de cuprato llamado óxido de itrio, bario y cobre, o YBCO. Se trata de una clase de compuestos que previamente habían mostrado signos de superconductividad inducida por la luz.

Pero medir con precisión los cambios del campo magnético en picosegundos no es tarea fácil. "Ninguna técnica existente permite realizar esta medición", dice Cavalleri.

El equipo ideó un sistema que utilizaba un cristal de fosfuro de galio colocado junto al YBCO para medir los campos magnéticos. En experimentos realizados dentro de un campo magnético preexistente, los investigadores golpearon el YBCO con el láser y enviaron un segundo láser a través del cristal. El viaje a través del cristal cambió la polarización del láser (la orientación de sus ondas electromagnéticas) de una manera dictada por el campo magnético dentro del cristal. Ese efecto permitió al equipo determinar cómo cambiaba el campo magnético cerca del YBCO cuando era bombardeado con luz a una temperatura normalmente superior al límite superconductor del YBCO.

Si el YBCO se convirtiera en superconductor, expulsaría campos magnéticos de su interior debido al efecto Meissner. Esto daría como resultado un campo magnético más fuerte en el borde del YBCO, que es exactamente lo que encontró el equipo. Las mediciones tuvieron que realizarse muy rápidamente para captar el breve efecto Meissner, afirma Basov. "Este es un concepto brillante y una ejecución brillante".

El físico Nan-Lin Wang, de la Universidad de Pekín, está convencido de que los campos magnéticos se expulsan cuando el pulso láser incide en el YBCO. Pero no está claro si eso implica superconductividad como se define normalmente. Podría ser el resultado de la amplificación de corrientes superconductoras preexistentes a pequeña escala, en lugar de la típica superconductividad a gran escala. "La física subyacente podría ser muy complicada", afirma.

Pero Dodge sostiene que algo más que la superconductividad podría ser responsable. Con altas intensidades de luz, señala, pueden ocurrir fenómenos complejos e inesperados. "Me gustaría ver... un escrutinio cuidadoso para asegurar que no estén confundiendo algún otro efecto con un efecto Meissner". No está claro qué hay exactamente detrás del cambio en el campo magnético, dice Dodge. Si bien todavía se muestra escéptico sobre la afirmación de la superconductividad, dice que "es un experimento que vale la pena porque plantea algunas preguntas para las que ciertamente no sé la respuesta".