Superconductividad

Superconductividad

María Paula Andérica

Contenidos
● Descubrimiento del fenómeno
● Observaciones experimentales ● Tipos de superconductores ● Teoría macroscópica ● Teoría microscópica ● Superconductores de alta Tc ● Aplicaciones y Conclusiones

¿Que es la superconductividad?
Es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia ypérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones → magnitudes críticas. Fenómeno descubierto por Kammerling Onnes en 1911 al enfriar Mercurio a la temperatura del Helio liquido, 4 K.

Resistencia [Ω] en función de la temperatura [K] de una muestra de Hg medida por Onnes en 1911

Contenidos
● Descubrimiento del fenómeno

● Observaciones experimentales
● Tipos desuperconductores ● Teoría macroscópica ● Teoría microscópica ● Superconductores de alta Tc ● Aplicaciones y Conclusiones

Observaciones experimentales: Temperatura crítica
● Por debajo de una temperatura critica, Tc, la resistividad eléctrica en corriente continua se vuelve ≈ 0.

Resistividad de un metal y de un superconductor (en ausencia de campo magnético) a bajas temperaturas.

Observacionesexperimentales: Corrientes persistentes
● La corriente continua puede circular por un SC con disipación de energía no discernible. ● Si la corriente excede una “corriente crítica” el estado superconductor se destruye. ● Un SC debajo su Tc también conduce corriente alterna sin disipación a no muy altas frecuencias.

Observaciones experimentales: Propiedades termoeléctricas
Aproximación electrónindependiente → buenos conductores eléctricos son también buenos conductores de calor. Por el contrario, los SC son pobres conductores térmicos → no exhiben efecto Peltier: una corriente eléctrica a T constante en un SC no está acompañada de una corriente térmica.
Estado superconductor Estado normal

Conductividad térmica del plomo en función de la temperatura

Observaciones experimentales:Propiedades magnéticas
● Diamagnetismo perfecto: un campo magnético (no muy intenso) no puede penetrar en un SC → Efecto Meissner-Ochsenfeld (1933). OBS: este efecto no se debe solamente a conducción perfecta.

Observaciones experimentales: Prop. magnéticas: MeissnerOchsenfeld
Conductor ideal Superconduct or

Penetración del campo magnético B, en el interior de un material considerado solamentecomo conductor perfecto, al pasar por la temperatura de transición.

Penetración del campo magnético, B, en el interior de un material que es un superconductor al pasar la temperatura de transición.

Observaciones experimentales: Propiedades magnéticas
● Campo crítico: si el campo aplicado es lo suficientemente grande, el material vuelve a su estado normal, permitiendo la entrada del campoen la muestra. El valor del mismo depende de la temperatura.

La fase límite entre los estados superconductor y normal en un SC tipo I en el plano H-T. El límite esta dado por Hc(T).

Observaciones experimentales: Calor específico

Calor específico a bajas temperaturas del Aluminio en estado normal y superconductor. Bajo la Tc, medido con un campo de 300 G que destruye el estadosuperconductor pero tiene un efecto despreciable sobre el Cv.

Elementos superconductores
Tc ~ 10-3-20 K / Hc ~ 1-1000 Gauss

Fuente: Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th Ed. * Superconductores a presión elevada o en láminas delgadas

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● Teoría macroscópica ● Teoría microscópica ●Superconductores de alta Tc ● Aplicaciones y Conclusiones

Tipos de Superconductores
Dependiendo de como pasan de un estado normal al estado superconductor, se distinguen dos tipos de superconductores: ● Tipo I ● Tipo II
H Tipo I H HC2 Tipo II

HC HC1

TC

T

TC

T

Tipos de Superconductores
1. Curva de magnetización de un SC tipo I. Debajo de Hc no penetra campo, ie:

(a )...