Hidrogeno

Propiedades magn´ticas de los Superconductores e
Crist´bal Camarero Coterillo o 20 de enero de 2006

1.

Introducci´n o

Los superconductores son materiales que a bajas temperaturas tienen resistencia nula. El primer f´ ısico que observ´ esta caracter´ o ıstica fue Heike Kamerlingh Onnes qui´n en 1911 e o redujo la temperatura del mercurio y a los 4,2K(-269 C) ´ste ya no ofrec´resistencia ale ıa guna. En 1933 los alemanes Karl W. Meissner y R. Ochsenfeld se dieron cuenta de que los superconductores eran poderosos diamagn´ticos. John Bardeen, Leon Cooper y John e Schrieffer descubrieron en 1957 que cuando los electrones se agrupan por pares no ofrecen resistencia, a esta teor´ se la denomina BCS (iniciales de sus apellidos), pero esta teor´ ıa ıa s´lo explica la superconductividada temperaturas cercanas al cero absoluto y a altas o temperaturas en materiales met´licos pero no en materiales cer´micos. En 1962 el f´ a a ısico brit´nico Brian Josephson predijo que la corriente puede fluir entre dos superconductores a separados por un aislante, este fen´meno es conocido como efecto Josephson y fue poso teriormente confirmado experimentalmente. En 1986 se obtiene el primersuperconductor cer´mico que deja de ofrecer resistencia con 30K(-243o C), iniciando la era de supercona ductores de alta temperatura. Se han obtenido superconductores de hasta 138K(-135o C), bajo presiones extremas (300.000 atm´sferas) esta temperatura puede aumentar unos 30o . o Para enfriar estos materiales normalmente se usa nitr´geno l´ o ıquido, que tiene una temperatura de 77K(-196◦ C).

Estatabla fue dise˜ada para sugerir la relaci´n entre magnetismo y superconductividad. n o Si bien la superconductividad tiende a no presentarse en sustancias magn´ticas, la tabla e indica que, dada la cercan´ entre los elementos magn´ticos y superconductores, no debe ıa e

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descartarse la posibilidad de que en el futuro pueda desarrollarse una teor´ que explique ıa a la vez el comportamientomagn´tico y el superconductor. (La tabla original, m´s come a pleta, fue realizada por J.L. Smith.)

2.

Caracter´ ısticas de los Superconductores

Los superconductores se caracterizan por la temperatura m´xima en que su resistencia a vale 0 que se denomina temperatura cr´ ıtica (Tc ); y por el campo magn´tico que pueden e soportar manteniendo su resistencia nula, llamado campo magn´tico cr´ eıtico (Hc ). Estos valores var´ de un superconductor a otro. ıan El modelo BCS establece la relaci´n Hc (T ) siguiente: o Hc (T ) ≈1− Hc (0) T Tc
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Hc (Tc ) = 0

Se ha comprobado que hay muchos superconductores que cumplen esta relaci´n. o

3.

Efecto Meissner

Consiste en la desaparici´n total del campo magn´tico del material cuando alcanza su o e temperatura cr´ ıtica, adem´s elsuperconductor se convierte en un perfecto diamagn´tico. a e Al evitar la formaci´n de campo magn´tico en su interior, los campos magn´ticos pr´ximos o e e o se curvan pudiendo producir curiosos efectos como la levitaci´n de un im´n colocado sobre o a un superconductor. Si el campo magn´tico que se le aplica es mayor que su Hc perder´ su e a superconductividad y con ella su diamagnetismo.

2Gr´ficos que muestran como se deforma un campo magn´tico uniforme cuando H < Hc a e y como penetra en el material cuando H > Hc .

4.

Efecto Josephson

Este efecto, por el que le dieron un premio Nobel a Brian Josephson, consiste en el paso de pares de electrones desde un superconductor a otro atravesando un material aislador. Cuando se aplica un voltaje constante (como el de una bater´ a trav´s delos ıa) e superconductores se producen corrientes dentro del aislante que se alternan con rapidez. Un flujo constante de corriente a trav´s del aislante se puede inducir mediante un campo e magn´tico fijo. El efecto Josephson se aplica en dispositivos que detectan y generan fuertes e radiaciones electromagn´ticas y en la detecci´n de campos magn´ticos extremadamente e o e d´biles. Se ha...