Investigadores de la Universidad de Cornell han logrado un avance significativo en la ciencia de materiales al desarrollar un método innovador para fabricar superconductores mediante la impresión 3D, integrando materiales blandos. Este enfoque, que combina la química de polímeros con la manufactura aditiva, promete revolucionar campos como la tecnología de resonancia magnética (MRI) y la computación cuántica.
El logro más destacado es el campo magnético crítico alcanzado por el nitruro de niobio (NbN), que con esta nueva técnica se sitúa entre 40 y 50 Tesla, un récord absoluto para el material. Este valor es crucial para su funcionalidad en entornos de campos magnéticos extremadamente altos, como los de equipos médicos avanzados y aceleradores de partículas. El líder del proyecto, Ulrich Wiesner, señaló una correlación directa entre la masa molar de los polímeros empleados y el rendimiento superconductor final, un vínculo previamente no establecido.
Este avance es el resultado de casi una década de investigación. El equipo de Cornell demostró en 2016 cómo los copolímeros de bloque podían autoensamblarse en estructuras beneficiosas para la formación de superconductores. Para 2021, confirmaron que estos métodos basados en materiales blandos podían competir con las técnicas convencionales. El proceso actual presenta un sistema "todo en uno" (one-pot) que simplifica la fabricación al omitir numerosos pasos típicos de la impresión 3D de materiales porosos tradicional.
La nueva técnica organiza los materiales superconductores en tres niveles de estructura: redes cristalinas a nivel atómico, redes mesoporosas guiadas por el autoensamblaje de copolímeros y redes macroscópicas producidas por impresión 3D. El proceso comienza con una "tinta" de copolímeros y nanopartículas que se autoensambla durante la impresión, seguida de tratamientos térmicos que transforman el material en un superconductor cristalino poroso con propiedades sin precedentes.
La arquitectura porosa resultante ofrece una superficie interna récord para superconductores compuestos, ideal para el desarrollo de nuevos materiales cuánticos. Este avance no solo simplifica la fabricación, sino que también permite la creación de componentes superconductores más eficientes y con geometrías complejas, difíciles de lograr con métodos convencionales.
Los investigadores están explorando activamente otros compuestos, como el nitruro de titanio, para desarrollar estructuras tridimensionales que amplíen las aplicaciones potenciales de la superconductividad, incluyendo sistemas de levitación magnética y reactores de fusión. El trabajo interdisciplinario de químicos, físicos y científicos de materiales subraya el papel fundamental de la colaboración transdisciplinaria para superar los límites de la investigación.
Según Wiesner, esta nueva metodología podría allanar el camino para una generación de superconductores con propiedades personalizadas, fabricados de manera más sencilla y escalable que nunca antes, marcando un hito en la búsqueda de tecnologías que expanden nuestras capacidades y comprensión del universo material.