La revolución científica de Muller

El descubrimiento de los superconductores de alta temperatura crítica, por Müller y Bednorz, que les valió el Nobel de Física de 1987, ha supuesto, según el autor -que además expone los esfuerzos españoles en este campo- una de las mayores revoluciones científicas y tecnológicas de este siglo.

En el ámbito científico, la década de los ochenta será recordada como la de la revolución científica del Centro de Investigación de IBM en Zúrich. A comienzo de los años ochenta se inicia en dicho centro la revolución del microscopio a efecto túnel (scanning tunneling microscope STM). Un suizo, H. Rohrer, y un alemán, G. Binnig, trabajando fuera de su investigación oficial, ponen a punto un instrumento revolucionario: un microscopio capaz de ver los átomos. Pronto comprobaron que además tenía capacidad no sólo de microscopio, es decir, topográfica, sino también espectroscópica. Era posible investigar propiedades electrónicas, eléctricas y químicas a nivel atómico.En efecto, si el STM es de muy alta estabilidad y se posee una electrónica de alta calidad puede utilizarse el STM como un instrumento completamente diferente. Pueden alcanzarse hasta 10 modos distintos de operación del STM que dan lugar a otros tantos modos diferentes de espectroscopia túnel. En vez de obtener imágenes con resolución atómica de la topografia de la superficie pueden lograrse imágenes de la conductividad o calidad eléctrica de la superficie y de su composición química.

Todo el mundo conoce que este descubrimiento trajo a Binnig y Rohrer gran cantidad de honores y premios, y finalmente, la concesión del Premio Nobel de Física de 1986. Menos conocida es la historia paralela del descubrimiento de la superconductividad de alta temperatura crítica en el mismo laboratorio, y menos aún, la relación entre los dos grupos.

En efecto, el Centro de Investigación de IBM en Zúrich funciona de una forma especial. Existe una gran interrelación entre los distintos grupos debido a una mezcla de responsabilidades en la dirección de tesis doctorales o becas posdoctorales. Así, G. Binnig tenía dos supervisores para su tesis doctoral: H. Rohrer y K. A. Müller. Su trabajo incialmente estaba orientado, bajo la supervisión de Müller y la colaboración con Bednorz, al estudio de las propiedades superconductoras que presentaba un compuesto sorprendente. En efecto, una perowskita (un doble óxido) al estar reducida o impurificada con niobio pasaba de ser un aislante perfecto a ser un superconductor a temperaturas próximas al cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero). No existía gran interés tecnológico en este material, pues los compuestos a base de aleaciones metálicas tenían temperaturas críticas más de 20 grados por encima. Pero el interés teórico y fundamental de por qué un óxido se volvía superconductor era grande. Sin embargo, este interés no fue suficientemente grande para atraer lo bastante a Binnig, y finalmente dedicó cada vez más tiempo al desarrollo, en colaboración con su otro supervisor, Rohrer, de un instrumento que era considerado por el resto de los científicos una ilusión: el STM.

Comienza la búsqueda

Mientras tanto, otro estudiante compartía también los dos mismos supervisores para su tesis, G. Bednorz. En este caso la historia fue al revés: en un centro de investigación revolucionado por el éxito del STM y en un mundo científico también revolucionado y que se vuelca a la construcción y uso del STM en cientos de aplicaciones, este estudiante es indiferente a todo ello y se vuelca en la gran idea de su director, K. A. Müller, también indiferente al STM. La IBM nombra fellow a K. A. Müller en 1982, lo que significa que durante cinco años puede dedicarse a realizar cualquier investigación que desee sin dar cuentas a nadie. La situación ideal para abordar una idea loca: la búsqueda de óxidos que fueran superconductores a alta temperatura.En realidad, la idea no era tan loca, pues, como se mencionó anteriormente, ya existía el precedente de la perowskita. En otros centros se habían descubierto e investigado en la década de los setenta otros óxidos a base de litio y titanio (espinela) y a base de bario, plomo y bismuto con transiciones superconductoras a 13 grados absolutos. En 1983, Müller propone a Bednorz (un químico) la búsqueda exhaustiva de la explicación y la obtención de óxidos superconductores de mayor temperatura crítica. Después de tres años de investigación consiguen el triunfo.

En 1986 intentan publicar sus resultados, pero no son admitidos en las revistas serias, pues después de más de 13 años sin lograr subir ni una décima el récord de la máxima temperatura crítica de los superconductores (23,3 grados absolutos) a pesar de los esfuerzos de miles de investigadores en universidades y empresas, no pueden creer que un equipo de dos personas sin apenas medios la hayan subido más de 10 grados (hay que tener en cuenta que los anteriores 10 grados de subida tardaron 40 años en conseguirse). Finalmente logran publicarlo en una revista de física suiza, y surgen las primeras reacciones de escepticismo hasta que los resultados empiezan a confirmarse en otros laboratorios. Entonces comienza el boom.En diciembre de 1986 se consiguen compuestos entre 40 y 50 grados; en enero de 1987, entre 50 y 60 grados, y en febrero, entre 90 y 100 grados absolutos. La carrera sigue, y todos los meses se baten récords. También se bate el récord entre la publicación de un artículo y la concesión del premio Nobel: en 1987 se concede el Nobel de Física a Müller y Bednorz por su descubrimiento. Entre 1987 y 1988, K. A. Müller es investido doctor honoris causa en ocho universidades europeas y americanas y recibe ocho distintos premios internacionales de investigación.Pero además de los premios y honores, el descubrimiento de los óxidos superconductores, o superconductores de alta temperatura crítica, ha supuesto no sólo una de las mayores revoluciones científicas de este siglo, sino también una de las mayores revoluciones tecnológicas, que sin duda cambiará el futuro de la humanidad y que ha cambiado ya el futuro de miles de investigadores alrededor del mundo. Empresas públicas y privadas, Gobiernos, universidades, centros de investigación de todos los países del mundo hacen un esfuerzo gigantesco en el campo de la superconductividad.

En España, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) lleva desde hace años realizando un gran esfuerzo en el campo de los óxidos superconductores. En particular existe una serie de institutos de ciencia de materiales (ICM) que llevan el peso del esfuerzo del CSIC en este campo. Existen cuatro ICM en España (Sevilla, Madrid, Zaragoza y Barcelona), y esta semana K. A. Müller visitará tres de estos ICM, donde además impartirá conferencias (en Barcelona el día 8, en Zaragoza el 10 y en Madrid el 11).

'Honoris causa'

También será investido doctor honoris causa por la Universidad Politécnica de Madrid. Esta visita está organizada por J. M. Serratosa y M. Aguilar, del ICM de Madrid, y su objetivo es doble. En primer lugar está el aspecto de la discusión del esfuerzo en el campo de la superconductividad en los ICM, líneas de investigación, tendencias actuales y futuras, etcétera. El segundo aspecto está relacionado con el STM.A finales de 1987, el ICM de Madrid me hizo responsable del diseño y construcción de un STM de altas prestaciones (véase la sección de Futuro de EL PAÍS del 15 de enero de 1989). Dicho proyecto cuenta desde diciembre de 1988 con la colaboración del Centro de Investigación de IBM de Madrid y contará a partir del mes de mayo con el apoyo directo de IBM España a través de un nuevo contrato.

Al término de dichos convenios de investigación con IBM se dispondrá de uno de los STM más avanzados del mundo. Parece evidente utilizar el instrumento para caracterizar y estudiar los óxidos superconductores y plantear una colaboración con el Centro de Investigación de IBM en Zúrich en la aplicación del microscopio de efecto túnel a la superconductividad.

Miguel Aguilar Gutiérrez es investigador científico del CSIC.