Materiales Superconductores

¿Qué es la superconductividad?

La superconductividad es un fenómeno que se presenta en algunos materiales los cuales, si se los somete a determinadas condiciones de temperatura, campo magnético y corriente eléctrica (más precisamente el fenómeno se da con valores de temperatura, campo y corriente inferiores a valores críticos que dependen unos de otros), ofrecen tres grandes ventajas sobre los conductores normales:

_No presentan resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo tanto, conducen la electricidad sin pérdidas de energía. Una vez iniciada la corriente, dura indefinidamente dentro del superconductor.[1]

_Por la misma razón, no generan calor, por lo cual se podrían empaquetar un mayor número de componentes electrónicos. Con un conductor común, el calor generado por efecto Joule impone un límite al número de componentes electrónicos que pueden ser empaquetados juntos.

_Tienen capacidad de crear campos magnéticos intensos, generados por imanes superconductores relativamente pequeños.

Hay tres tipos: los del Tipo I o suaves, tipo II o duros, y los superconductores alta temperatura (HTS).

Reseña histórica del descubrimiento

La Superconductividad está íntimamente ligado con el interés de los físicos del siglo XIX en licuar todos los gases conocidos en aquel tiempo. Era ya bien sabido que la inmensa mayoría de los gases sólo podrían licuarse a temperaturas muy por debajo de cero grados centígrados. La licuefacción de los gases permitiría estudiar los fenómenos que se presentan en los materiales a temperaturas muy bajas.

En 1845, Michael Faraday de la Royal Institution de Londres pudo, finalmente, perfeccionar una técnica para licuar gases que 23 años antes había encontrado en forma accidental. Sin embargo, esta técnica no resultaba fácil para la licuefacción del helio (He), del hidrógeno (H), del oxígeno (O2), del nitrógeno (N2), del metano (CH4), del monóxido de carbono (CO), ni del óxido nítrico (NO), que eran los únicos gases que faltaban por licuar de todos los que se conocían en aquella época y, en consecuencia, tampoco el aire había sido licuado. Sin embargo, para 1867 el francés Luis Cailletet fue el primero en licuar oxígeno (90.2K o -182.96°C) y realizar descubrimientos que mostraron la posibilidad de licuar el aire, que a la postre dieron origen al método que permitió licuar de manera sencilla y adecuada el gas helio.

En el mismo año de 1877, y siguiendo un método diferente del de Cailletet, el suizo Raoul Pictet también pudo licuar oxígeno. Para 1898, James Dewar de la Royal Institution de Londres pudo licuar hidrógeno, que tiene una temperatura de ebullición de 20.8K, que corresponde aproximadamente a -252.36°C.

Fue diez años después, en 1908, cuando Heike Kamerlingh Onnes pudo, por primera vez en el mundo, obtener helio líquido que tiene una temperatura de ebullición de 4.22K, recuérdese que el cero absoluto equivale a -273.16°C. Este logro se realizó en la universidad de Leyden, Holanda y abrió el paso a Onnes para su descubrimiento de la superconductividad.

Con el helio líquido Kamerlingh Onnes pudo ya disponer de un baño térmico a muy bajas temperaturas y se dispuso a investigar las propiedades de la materia a esas temperaturas.

Para ese entonces había tres postulaciones acerca de la variación de la resistencia eléctrica en función de la Temperatura.

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Investigaciones posteriores le mostraron a Onnes que la resistividad no disminuía de manera continua, como se indica en la curva D de la figura 1, sino que desaparecía muy abruptamente a una temperatura de 4.15 K. Por otro lado, también observó que este comportamiento no se alteraba al introducir impurezas en una muestra de mercurio. Luego se dio cuenta de la existencia de un nuevo estado del mercurio, en el cual no había resistividad eléctrica. A este nuevo estado lo llamó estado superconductor. Así

nació el estudio de los superconductores.

Resistencia eléctrica del mercurio graficada como función de la temperatura. La resistencia desaparece completamente a 4.2K (4.2 grados por encima del cero absoluto). *

Propiedades de los materiales superconductores

a) Por debajo de una temperatura crítica Tc la resistividad eléctrica en corriente

continua se vuelve ˜ 0, observándose una corriente persistente o supercorriente. En

bobinas superconductoras se han observado corrientes persistentes que no

disminuyen su valor incluso al cabo de un año implicando este hecho que la resistividad