Investigadores de la Universidad de Penn State han creado un nuevo enfoque computacional para identificar materiales que podrían exhibir superconductividad a temperaturas más altas, lo que podría revolucionar la transmisión de energía. El método integra la teoría clásica con la mecánica cuántica utilizando la teoría de zentropy. Este avance busca superar las limitaciones de los superconductores actuales que requieren temperaturas extremadamente bajas.
Los superconductores, materiales que conducen la electricidad con resistencia cero, tienen un inmenso potencial para sistemas de energía eficientes, pero están limitados por la necesidad de condiciones criogénicas. Un equipo liderado por Zi-Kui Liu, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State, ha desarrollado un modelo para predecir la superconductividad en materiales que podrían operar a temperaturas cercanas a la ambiente. Apoyado por el programa de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE.UU., la investigación une la teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) —que explica la superconductividad a baja temperatura mediante el emparejamiento de electrones a través de fonones— con la teoría del funcional de densidad (DFT), una herramienta basada en mecánica cuántica para modelar el comportamiento de los electrones.
La innovación radica en la teoría de zentropy, que combina mecánica estadística, física cuántica y modelado computacional para vincular la estructura electrónica de un material con sus propiedades dependientes de la temperatura. Esto permite predecir la temperatura crítica en la que surge o falla la superconductividad. "El objetivo siempre ha sido elevar la temperatura a la que persiste la superconductividad", dijo Liu. "Pero primero, necesitamos entender exactamente cómo ocurre la superconductividad, y ahí es donde entra nuestro trabajo."
Usando este enfoque, el equipo predijo con éxito el comportamiento superconductor tanto en materiales convencionales de baja temperatura como en los de alta temperatura, incluyendo casos inexplicables por la teoría BCS tradicional. También identificaron potencial superconductividad en metales como el cobre, la plata y el oro, aunque solo a temperaturas muy bajas. Liu comparó el proceso con la creación de una "superautopista solo para electrones", donde los electrones emparejados viajan sin resistencia, similar a la Autobahn.
El estudio, coescrito por la profesora de investigación Shun-Li Shang, se publicó en Superconductor Science and Technology (2025; 38(7): 075021). A continuación, los investigadores planean explorar los efectos de la presión en la superconductividad y examinar una base de datos de cinco millones de materiales en busca de nuevos candidatos. "No solo estamos explicando lo que ya se sabe", agregó Liu. "Estamos construyendo un marco para descubrir algo completamente nuevo." Si se realiza, los superconductores a temperatura ambiente podrían transformar la tecnología energética global al permitir la transmisión de electricidad sin pérdidas.