Eva R. de Luis
Editor SeniorAdemás de para tener la voz extremadamente aguda, llenar globos o el buceo, el uso más generalizado del helio está en la refrigeración, una tarea crucial en infinidad de tareas que van desde los imanes para las resonancias magnéticas a los aceleradores de partículas (con helio convencional o Helio-4) a la refrigeración criogénica para la computación cuántica o detectores de neutrones (Helio -3). Industrias críticas.
Porque sí, todo es helio, pero la casuística cambia en función del isótopo. Así, mientras que el Helio-4 es abundante en la atmósfera pero difícil de retener (se escapa a la atmósfera por su ligereza), ese Helio-3 escasea en la Tierra y además es difícil de obtener: es un subproducto del envejecimiento de las cabezas nucleares de tritio. En pocas palabras: el helio necesario para enfriar ordenadores cuánticos y física de vanguardia actúa como cuello de botella a la investigación.
Un equipo chino de investigación ha publicado en Nature una solución: una aleación metálica que enfría casi hasta el cero absoluto sin necesitar helio.
El invento. Es una aleación metálica, el EuCo₂Al₉ (ECA), un compuesto intermetálico de tierras raras capaz de alcanzar los 106 milikelvin (–273,05 °C), estableciendo así un récord: es la temperatura más baja lograda por un un material magnetocalórico metálico sin utilizar helio-3.
Otra particularidad es que combina dos propiedades en apariencia antagónicas: actúa como una esponja que absorbe el calor del entorno y además su conducción térmica es entre 50 y 100 veces superior a otros materiales similares. Una combinación que lo postula a ser el superrefrigerante definitivo.
La estructura de red, sus interacciones y el estado supersólido del espín resultante. Academia China de las Ciencias
Por qué es importante. Ya hemos visto que el helio-3 es un bien escaso y su utilidad en física avanzada y computación cuántica. Encontrar una alternativa abre las puertas a aliviar ese cuello de botella, aunque esté todavía en un estadio inicial. Históricamente los grandes proveedores mundiales de helio-3 han sido Estados Unidos y Rusia, como subproducto de sus programas nucleares. Con este invento, China está un paso más cerca de lograr la independencia de este recurso estratégico porque en la actualidad, importa casi todo el helio-3 que consume (el 95%, según este paper de 2024).
Pero es que a Estados Unidos también le interesa: a finales de enero, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa lanzó una convocatoria para desarrollar un sistema de refrigeración modular libre de helio-3 para tecnologías cuánticas y de defensa. En menos de dos semanas tenía la solución, eso sí, de China.
Contexto. Los ordenadores cuánticos superconductores requieren trabajar por debajo de 1 Kelvin y en ese escenario el estándar desde hace décadas es la tecnología de refrigeración por dilución. En pocas palabras y de forma simplificada: caros armatostes frigoríficos que ocupan metros cúbicos y necesitan helio-3 continuamente. Eso limita su escalabilidad, acotándola prácticamente a laboratorios especializados.
La refrigeración por desmagnetización adiabática en la que se basa el ECA no es nueva, de hecho el concepto tiene un siglo, pero sus prestaciones nunca han estado a la altura. Como explica el CAS, el mal endémico era su escasa conductividad térmica. Según el South China Morning Post, la Universidad de Pekín ya construyó en 2024 dos refrigeradores usando este principio, que han estado operativos durante varios meses.
Cómo lo han hecho. La técnica de refrigeración se llama desmagnetización adiabática (ADR): se aplica un campo magnético al material en frío, de modo que los "imanes" internos del material se alinean y liberan calor al exterior. Cuando se retira el campo magnético, vuelven a su estado natural desordenado, absorbiendo calor del entorno, de modo que bajan la temperatura.
Para solucionar el problema histórico de la baja conductividad, el ECA entra en un estado físico inusual de "supersolido de espín metálico", que combina una alta capacidad de absorción de calor con conductividad térmica similar a un metal convencional.
Sí, pero. Conseguir desplomar la temperatura hasta 106 mK es notable, pero la realidad es que los los sistemas de dilución clásicos en su versión más avanzada son capaces de alcanzar de 10 mK o menos. Y aquí es donde opera buena parte de la computación cuántica. Resumiendo: todavía hay una brecha térmica a superar.
Por otro lado, es un primer paso: pasar de un material de laboratorio e incluso algún prototipo al entorno industrial o militar es un largo camino. La escalabilidad y los costes serán determinantes. Finalmente, cabe destacar que en la composición del ECA está el Europio (además del cobalto y el aluminio), una tierra rara que dificulta y encarece la operación. No obstante, China parte de una posición privilegiada, en tanto en cuanto es el líder absoluto en esta industria.
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