Superconductividad

Superconductividad o ¿cómo se pueden atraer dos electrones?
SE DESCUBRIÓ QUE VARIOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN FORMA PURA POSEEN SUPERCONDUCTIVIDAD. ESTA PROPIEDAD, AUNQUE PARECE EXTRAORDINARIA, PUEDE SER MÁS COMÚN DE LO QUE PENSAMOS.

José Mustre de León
Cuando escuchamos la palabra “súper” lo primero que nos viene a la mente es que nos encontramos ante un personaje o un fenómeno extraordinario.Ejemplos de estos seres extraordinarios son “las chicas superpoderosas”, las cuales poseen una fuerza descomunal gracias al componente químico “x”, o Superman, quien puede desafiar a la gravedad o tiene vista de rayos-x (fig. 1). Estos materiales se llaman “superconductores”, y fueron descubiertos en 1911. Un ejemplo de estos materiales es el compuesto La2CuO4, en el que algunos átomos de lantano(La) se han sustituido por átomos de estroncio (Sr), cuyo descubrimiento a finales de la década de los años ochenta inició el estudio de la superconductividad de alta temperatura crítica. Dicho fenómeno es aún investigado activamente por la comunidad mundial de físicos y químicos.

Fig. 2. Estructura atómica del La2CuO4, el átomo en azul es de cobre, en rojo oxígeno y en gris lantano oestroncio.

Fig. 1. Un súper héroe

abril-junio 2006 • Cinvestav

Aunque estos son ejemplos de ficción, en este artículo se presentan datos básicos para entender por qué algunos materiales, bajo ciertas condiciones, tienen propiedades extraordinarias, tales como flotar en el aire o permitir la visión de rayos-x.
José Mustre de León Investigador Titular del Departamento de Física Aplicada delCinvestav-Mérida desde 1992. Actualmente es Secretario Académico de la institución. Su área de investigación es la Física de la Materia Condensada, estudiando sistemas en los cuales la correlación entre el movimiento electrónico y el movimiento de los iones determina

Hasta la fecha se ha descubierto que varios elementos químicos en forma pura poseen superconductividad, aunque algunos de ellos sóloexhiben esta propiedad en circunstancias extremas, como presiones muy altas o temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Esta propiedad, aunque parece extraordinaria, puede ser más común de lo que pensamos. A continuación se muestra una tabla periódica de los elementos, en los cuales aparecen en verde y en azul los que exhiben superconductividad. En adición a los elementos puros, muchos compuestos,es decir la combinación de elementos químicos puros, también exhiben superconductividad.
propiedades fundamentales de estos materiales. Sus publicaciones más recientes tratan el comportamiento de materiales tales como los superconductores de alta temperatura crítica y semiconductores con altas concentraciones de impurezas. mustre@cinvestav.mx

4

Fig. 2b. Elementos superconductores conocidos(azul = presión atmosférica y verde = altas presiones).

Para poder entender el fenómeno de superconductividad primero describiremos cómo están compuestos los materiales a nivel atómico, y posteriormente se explicarán algunos conceptos físicos relacionados con la superconductividad, como “resistencia eléctrica” y “campo magnético”. Es importante notar que hasta 1913 no se contó con un modelomicroscópico de los bloques constituyentes de toda la materia que podemos observar en nuestra vida diaria, es decir, los átomos. En ese año el físico danés Niels Bohr postuló que los átomos estaban compuestos de un núcleo cargado positivamente y de electrones que se movían en órbitas alrededor del núcleo en forma similar al movimiento planetario alrededor del Sol (fig. 3). e2e3e+ Li: 3 protones ennúcleo + 3 electrones (e-)

Este modelo está basado en el hecho de que el núcleo, cargado positivamente, atrae a los electrones cargados negativamente. Las cargas del mismo signo se repelen, a esto se lo conoce como “repulsión coulómbica”, postulación realizada a finales del siglo XVIII por el físico francés Charles Coulomb, mucho antes que se propusiera la existencia de electrones y núcleos...