Voy a empezar diciéndote que un conductor es como llamamos a un material que tiene partículas libres con carga, que son las que permiten que pase por él la corriente eléctrica. Lo contrario es un material aislante. Generalmente, hablamos de materiales sólidos, aunque también pueden ser líquidos o, incluso, gases.
Para responder a tu pregunta, son esas partículas que están libres —electrones—, es decir que pueden moverse por el material, las que cuando aplicas una diferencia de potencial generan un campo eléctrico que permite el paso de la corriente eléctrica.
La mayoría de las veces, los materiales sólidos tienen sus átomos bastante bien ordenados, formando lo que llamamos una red cristalina. En algunos materiales, como los metales, ciertos electrones se han separado de sus átomos y pueden desplazarse por toda esa estructura. Son esos electrones de los que te hablaba en el párrafo anterior, los que pueden moverse para conducir la corriente. Se llaman precisamente electrones de conducción. Esto quiere decir que cuando hablamos de un material conductor, lo importante es que su estructura interna permita que existan cargas eléctricas capaces de desplazarse a través de él.
Podrías preguntarte por qué estos átomos, que como te decía con frecuencia son iones de carga positiva por haber perdido electrones, están tan bien ordenados y por qué no se mueven en sentido contrario cuando les aplicas la diferencia de potencial. La razón es que existen fuerzas que actúan entre ellos y los mantienen estables y ordenados. Son las fuerzas electromagnéticas las que interactúan entre los átomos, los electrones y los núcleos.
Los materiales conductores son muy comunes. Todos los metales que conocemos son conductores, aunque algunos mejores que otros. Por ejemplo, el cobre es muy buen conductor y por eso se utiliza para los cables eléctricos. Pero también lo son el aluminio, el oro, la plata, el plomo, etc. Respecto a los aislantes, también conocemos muchos en nuestro entorno cotidiano: la madera, los plásticos, el papel. Estos no tienen electrones libres y, por lo tanto, no pueden conducir la electricidad.
Los semiconductores
Seguro que has oído hablar mucho de otro tipo de materiales, los semiconductores. Te explicaba al principio que, en muchos materiales sólidos, como los metales, existen electrones que pueden desplazarse por toda su estructura. Estos electrones forman como un mar que se extiende por el material y son los que se mueven cuando aplicamos una tensión eléctrica, lo que da lugar a la corriente. Y los materiales aislantes son los que no tienen este mar de electrones libres. Pero hay algunos materiales que tienen un comportamiento intermedio entre estas dos posibilidades. Son los semiconductores.
Se trata de materiales que tienen una capacidad limitada para conducir electricidad, pero que podemos modificar y controlar bajo determinadas condiciones. Por ejemplo, al aumentar su temperatura, iluminarlos o introducir átomos extraños en su estructura podemos conseguir que haya más cargas eléctricas disponibles para transportar corriente. Lo que resulta de esta característica es que podemos controlar y regular el flujo de electricidad a través de ellos. Y esto es lo que abrió las puertas a toda la microelectrónica, porque permiten fabricar, por ejemplo, interruptores o amplificadores a una escala microscópica. Prácticamente, todos los dispositivos electrónicos que usamos en nuestro día a día están basados en esta propiedad. El silicio es el material semiconductor más conocido y utilizado.
Los superconductores
Además, tenemos otro tipo de materiales a los que llamamos superconductores que son, precisamente, los que yo investigo. Los electrones que se mueven con libertad de vez en cuando chocan con los átomos que están quietos. Estos choques son los que causan la resistencia eléctrica. Como indica su nombre, esa resistencia hace que la conducción de la electricidad no sea perfecta, se producen pérdidas por lo que no es 100% eficiente. Seguro que lo entiendes con un ejemplo, esa resistencia —esa pérdida de energía— es lo que hace que un dispositivo se caliente cuando está encendido.
Los metales tienen una resistencia eléctrica baja, aunque la tienen. Pero existen unos materiales especiales que no tienen resistencia eléctrica, conducen la electricidad sin ninguna resistencia. Y esto quiere decir que nunca se calentarían, nunca tendrían pérdidas de electricidad con su uso. Estos son los superconductores que permiten un aprovechamiento energético del 100%.
Se usan en algunos dispositivos electrónicos y para imanes muy potentes y se han planteado para transporte de energía cuando tienes que utilizar corrientes eléctricas muy, muy grandes, porque entonces evitas calentamientos que serían inadmisibles. Estos materiales tienen una desventaja y es que solo actúan como superconductores a temperaturas muy bajas, muy por debajo de 0 ºC. Este hecho limita mucho su uso porque necesitas enfriarlos a cerca de -200 ºC o por debajo de esa temperatura y eso, claro, supone un gran gasto de energía. Sin embargo, su uso se va implantando en aplicaciones cuyas ventajas superan con creces este inconveniente, como en ordenadores cuánticos o detectores para telescopios.
Lourdes Fàbrega es doctora en Física, vicedirectora del Institut de Ciència de Materials de Barcelona, CSIC.
Coordinación y redacción: Victoria Toro.
— Pregunta enviada por Álvaro García.
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