Ejemplos de materiales superconductores

Los materiales superconductores conducen la corriente eléctrica sin ninguna resistencia cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura. Hay metales puros como el plomo o el niobio, aleaciones que se usan a diario en hospitales, cerámicas que funcionan con nitrógeno líquido e hidruros que superconducen casi a temperatura ambiente, pero solo a presiones enormes. Aquí reunimos 81 ejemplos de materiales superconductores, con su temperatura crítica, agrupados por familias.

¿Qué es un material superconductor?

Un material superconductor es aquel que, por debajo de su temperatura crítica (T_c), pierde por completo la resistencia eléctrica y expulsa el campo magnético de su interior. El fenómeno, la superconductividad, lo descubrió Heike Kamerlingh Onnes en Leiden en 1911 al enfriar mercurio con helio líquido: a unos 4,2 K su resistencia cayó a cero. La expulsión del campo magnético la observaron Walther Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 (efecto Meissner).

En 1957, John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer explicaron la superconductividad convencional con la teoría BCS: los electrones se agrupan en pares de Cooper gracias a las vibraciones de la red cristalina y se mueven sin chocar. Los cupratos y otras familias descubiertas después no encajan del todo en esa teoría y se llaman no convencionales.

Características de los superconductores

• Resistencia cero: una corriente inducida en un anillo superconductor puede circular durante años sin atenuarse.
• Efecto Meissner: expulsan el campo magnético, por eso un imán puede levitar sobre ellos.
• Temperatura crítica: por encima de T_c se comportan como materiales normales.
• Campo y corriente críticos: un campo magnético o una corriente demasiado intensos destruyen el estado superconductor.
• Tipo I y tipo II: los de tipo I (casi todos los metales puros) pierden la superconductividad de golpe; los de tipo II (aleaciones y cerámicas) dejan pasar el campo en forma de vórtices y aguantan campos mucho mayores.

Las temperaturas se expresan en kelvin (K): 0 K es el cero absoluto (−273,15 °C) y 77 K es la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido.

Ejemplos de elementos químicos superconductores

Una treintena de elementos superconducen a presión normal. Curiosamente, los mejores conductores ordinarios (cobre, plata y oro) no lo hacen.

Elemento	Tc aproximada
1. Niobio (Nb)	9,25 K, el elemento con la Tc más alta a presión normal
2. Tecnecio (Tc)	≈7,8 K
3. Plomo (Pb)	7,19 K
4. Vanadio (V)	5,4 K
5. Lantano (La)	≈4,9 K (fase α)
6. Tántalo (Ta)	4,47 K
7. Mercurio (Hg)	4,15 K, el primer superconductor conocido (1911)
8. Estaño (Sn)	3,72 K
9. Indio (In)	3,41 K
10. Talio (Tl)	2,38 K
11. Renio (Re)	1,70 K
12. Torio (Th)	≈1,4 K
13. Aluminio (Al)	1,18 K
14. Galio (Ga)	1,08 K
15. Molibdeno (Mo)	0,92 K
16. Cinc (Zn)	0,85 K
17. Osmio (Os)	0,66 K
18. Cadmio (Cd)	0,52 K
19. Rutenio (Ru)	0,49 K
20. Titanio (Ti)	0,40 K
21. Hafnio (Hf)	0,13 K
22. Iridio (Ir)	0,11 K
23. Wolframio (W)	0,015 K
24. Rodio (Rh)	0,000325 K
25. Litio (Li)	0,0004 K (medida en 2007)

Ejemplos de aleaciones y compuestos convencionales

Siguen el mecanismo BCS. Son los que más se usan en la industria, sobre todo en forma de cables.

26. Niobio-titanio (NbTi): ≈9-10 K. Es el más usado del mundo: bobinas de resonancia magnética e imanes del LHC del CERN.
27. Niobio-estaño (Nb₃Sn): 18,3 K. Bobinas del campo toroidal del reactor de fusión ITER.
28. Niobio-germanio (Nb₃Ge): 23,2 K, récord absoluto desde 1973 hasta 1986.
29. Niobio-aluminio (Nb₃Al): ≈18,7 K.
30. Niobio-galio (Nb₃Ga): ≈20 K.
31. Vanadio-silicio (V₃Si): 17,1 K.
32. Vanadio-galio (V₃Ga): ≈15 K.
33. Nitruro de niobio (NbN): ≈16 K, usado en detectores de fotones individuales.
34. Carburo de niobio (NbC): ≈11 K.
35. Nitruro de titanio (TiN): hasta ≈5,6 K, empleado en detectores astronómicos.
36. Diboruro de magnesio (MgB₂): 39 K, descubierto en 2001 por el grupo de Jun Akimitsu; barato y ligero.
37. Fase de Chevrel PbMo₆S₈: ≈15 K, soporta campos magnéticos muy altos.
38. Borocarburo YNi₂B₂C: ≈15,5 K.
39. Borocarburo LuNi₂B₂C: ≈16 K.
40. Diamante dopado con boro: ≈4 K (2004).
41. Grafito intercalado con calcio (CaC₆): 11,5 K.
42. Fulleruro de potasio (K₃C₆₀): ≈19 K.
43. Fulleruro de rubidio (Rb₃C₆₀): ≈29 K.
44. Fulleruro de cesio (Cs₃C₆₀): ≈38 K, solo bajo presión.
45. Grafeno bicapa girado («ángulo mágico»): ≈1,7 K (2018, grupo de Pablo Jarillo-Herrero).

Ejemplos de cupratos (alta temperatura)

Son cerámicas de óxido de cobre. En 1986 Georg Bednorz y Alex Müller hallaron el primero y recibieron el Nobel de Física en 1987. Desde YBCO, muchos se pueden enfriar con nitrógeno líquido, mucho más barato que el helio.

Cuprato	Tc aproximada
46. La2−xBaxCuO4 (LBCO)	≈35 K, el de Bednorz y Müller
47. La2−xSrxCuO4 (LSCO)	≈38 K
48. Nd2−xCexCuO4 (NCCO, dopado con electrones)	≈24 K
49. YBa2Cu3O7 (YBCO)	≈92 K, el primero por encima de 77 K (1987)
50. REBCO (GdBCO, EuBCO…)	≈92-94 K, base de las cintas superconductoras comerciales
51. Bi2Sr2CaCu2O8 (Bi-2212)	≈85-95 K
52. Bi2Sr2Ca2Cu3O10 (Bi-2223)	≈110 K
53. Tl2Ba2CuO6 (Tl-2201)	hasta ≈90 K
54. Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (Tl-2223)	≈125 K
55. HgBa2CuO4 (Hg-1201)	≈95 K
56. HgBa2Ca2Cu3O8 (Hg-1223)	≈133-135 K, récord a presión normal desde 1993; ≈164 K bajo presión

Ejemplos de superconductores de hierro

En 2008 el equipo de Hideo Hosono descubrió que compuestos con hierro, un elemento magnético, también superconducen.

57. LaFeAsO_1−xF_x: 26 K, el que abrió la familia.
58. SmFeAsO_1−xF_x: ≈55 K, la T_c más alta de los pnicturos de hierro en volumen.
59. Ba_1−xK_xFe₂As₂: ≈38 K.
60. LiFeAs: ≈18 K.
61. Seleniuro de hierro (FeSe): ≈8 K; unos 37 K bajo presión.
62. FeSe_0,5Te_0,5: ≈14 K.
63. Monocapa de FeSe sobre SrTiO₃: indicios de superconductividad por encima de 60 K.

Ejemplos de hidruros a alta presión

Son los superconductores más «calientes», pero solo funcionan comprimidos entre dos diamantes a más de un millón de atmósferas (más de 100 GPa).

64. Sulfuro de hidrógeno (H₃S): ≈203 K a ≈155 GPa (Mijaíl Eremets y colaboradores, 2015).
65. Superhidruro de lantano (LaH₁₀): ≈250 K a ≈170 GPa (2019), unos −23 °C.
66. Hidruro de itrio YH₆: ≈220 K a ≈166 GPa.
67. Hidruro de itrio YH₉: ≈243 K a unos 200 GPa.
68. Hidruro de calcio CaH₆: ≈215 K a ≈172 GPa.

Otros superconductores no convencionales

69. CeCu₂Si₂: ≈0,6 K, primer superconductor de fermiones pesados (Frank Steglich, 1979).
70. UBe₁₃: ≈0,9 K.
71. UPt₃: ≈0,5 K, con varias fases superconductoras.
72. CeCoIn₅: 2,3 K.
73. PuCoGa₅: ≈18,5 K, compuesto de plutonio (2002).
74. Ditelururo de uranio (UTe₂): ≈1,6-2 K, candidato a superconductor de espín triplete.
75. Rutenato de estroncio (Sr₂RuO₄): ≈1,5 K (1994).
76. Sal de Bechgaard (TMTSF)₂PF₆: ≈1 K bajo presión, primer superconductor orgánico (1980).
77. κ-(BEDT-TTF)₂Cu[N(CN)₂]Br: ≈11,6 K, superconductor orgánico.
78. Bismutato BaPb_1−xBi_xO₃: ≈13 K.
79. Bismutato Ba_1−xK_xBiO₃: ≈30 K, óxido sin cobre.
80. Niquelato Nd_0,8Sr_0,2NiO₂ en lámina delgada: ≈9-15 K (2019).
81. Niquelato La₃Ni₂O₇: ≈80 K bajo una presión de unos 14 GPa (2023).

Casos que no son superconductores

La historia también tiene falsos positivos. El hidruro de carbono, azufre e hidrógeno (CSH) anunciado en Nature en 2020 y el hidruro de lutecio dopado con nitrógeno de 2023 fueron retractados. El LK-99, que se hizo viral en 2023 como «superconductor a temperatura ambiente», resultó no serlo: su comportamiento se debía a impurezas de sulfuro de cobre.

Tipos de materiales superconductores

• Por su comportamiento magnético: tipo I (plomo, mercurio, estaño, aluminio) y tipo II (niobio, NbTi, Nb₃Sn, cupratos).
• Por su mecanismo: convencionales o BCS (metales, MgB₂, hidruros) y no convencionales (cupratos, pnicturos de hierro, fermiones pesados).
• Por su temperatura: de baja temperatura (refrigerados con helio líquido, 4,2 K) y de alta temperatura (T_c por encima de unos 30 K, muchos enfriables con nitrógeno líquido).

Ejercicios resueltos

Importancia de los materiales superconductores

Los superconductores ya están en la vida real: las bobinas de NbTi generan el campo de los equipos de resonancia magnética de los hospitales; el LHC usa más de 1.200 dipolos superconductores; el tren japonés SCMaglev, previsto para la línea Chūō Shinkansen, levita con imanes superconductores; y los SQUID, hechos con uniones de niobio, miden campos magnéticos minúsculos, como los del cerebro. También son la base de muchos ordenadores cuánticos, cuyos cúbits se fabrican con aluminio o niobio. Encontrar un superconductor práctico a temperatura ambiente permitiría transportar electricidad sin pérdidas, y por eso es uno de los grandes retos de la física de materiales.

Preguntas frecuentes

Referencias

• Kittel, C. Introducción a la física del estado sólido. Barcelona: Reverté.
• Tinkham, M. Introduction to Superconductivity. Nueva York: McGraw-Hill.
• Bednorz, J. G. y Müller, K. A. (1986). «Possible high T_c superconductivity in the Ba-La-Cu-O system». Zeitschrift für Physik B, 64.

Cómo citar este artículo

Equipo de Conceptualia. (2026). «Ejemplos de materiales superconductores». Conceptualia. https://conceptualia.es/ejemplos/ejemplos-de-materiales-superconductores/

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