Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han descubierto cómo la simetría cristalina actúa como un interruptor fundamental que controla si los átomos de hidrógeno se mueven a través del vanadio mediante saltos clásicos o túnel cuántico. El descubrimiento, publicado en Nature Communications, podría guiar el diseño de mejores materiales de almacenamiento de hidrógeno para aplicaciones de energía limpia.
El hidrógeno es un combustible prometedor para la industria pesada, pero almacenarlo de forma segura sigue siendo un gran desafío. Las aleaciones de vanadio pueden absorber hidrógeno hasta un 3,8 % de su peso, lo que las convierte en uno de los materiales de almacenamiento en estado sólido más prácticos. Las moléculas de hidrógeno se separan dentro de la aleación y ocupan espacios intersticiales en la red cristalina. Comprender exactamente cómo se mueve el hidrógeno a través de esa red es clave para optimizar la absorción y la liberación.
El equipo de Tokio combinó mediciones estructurales del comportamiento del hidrógeno con cálculos de mecánica cuántica dentro de la red cristalina del vanadio. Descubrieron que el hidrógeno se mueve entre sitios intersticiales de dos maneras fundamentalmente diferentes según la estructura cristalina. En una red cristalina altamente simétrica, generalmente a bajas concentraciones de hidrógeno, los átomos de hidrógeno pueden atravesar por túnel cuántico las barreras energéticas, tomando efectivamente un “atajo cuántico” que evita la ruta clásica. Cuando la red se distorsiona a concentraciones más altas de hidrógeno, ese efecto de túnel se suprime y el hidrógeno debe depender de la energía térmica para saltar entre sitios de forma clásica.
“La simetría cristalina es el interruptor subyacente que activa o desactiva el comportamiento cuántico”, dijo el profesor Katsuyuki Fukutani, quien lideró la investigación. “En una estructura simétrica, el hidrógeno encuentra vías equivalentes que le permiten atravesar por túnel entre sitios. Distorsione esa simetría, como ocurre a concentraciones más altas de hidrógeno, y el efecto túnel se suprime.”
El hallazgo brinda a los científicos de materiales un parámetro de diseño claro: controlar la simetría del material de almacenamiento para habilitar o deshabilitar el túnel cuántico, dependiendo de si la absorción rápida o el almacenamiento estable es la prioridad. Para los vehículos impulsados por hidrógeno y el almacenamiento de energía industrial, donde tanto la velocidad de repostaje como la seguridad del almacenamiento importan, esa capacidad de ajuste podría ser crítica.
Fuentes: Scientists crack ‘quantum shortcut’ controlling hydrogen behavior in vanadium (Interesting Engineering, 15 de julio de 2026); Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-026-75020-w)
Traducido por Alessandra