superconductividad

Experimentos avanzados de Física
Superconductividad

Experimentos avanzados de Física
Facultad de Física, Universidad de La Habana
http://www.fisica.uh.cu/lab-exp-av/index.htm

Superconductividad
L. del Río y E. Altshuler
Facultad de Física y Laboratorio de Superconductividad, IMRE, Universidad de La Habana, 10400 La Habana, Cuba
Sumario El propósito de esta práctica es instruir alestudiante en la medición de propiedades de transporte en
muestras superconductoras, específicamente en la medición de la temperatura de transición (temperatura
crítica) del estado superconductor al estado normal para una corriente aplicada dada. Para ello se hará uso de
un sencillo sistema de enfriamiento mediante inmersión directa en nitrógeno líquido, a la vez que se mide el
voltaje disipadoutilizando el método de las cuatro puntas, como función de la temperatura.

1. Introducción
1.1 Historia
En el año 1911 el científico holandés Heike
Kammerling Onnes, dirigía a uno de sus estudiantes,
Gillest Holst, quien estudiaba la resistencia de los
metales a temperaturas muy bajas (obtenidas gracias a la
licuación del helio descubierta por Onnes tres años
antes). En el transcurso delas investigaciones, descubren
inesperadamente que la resistencia del mercurio
descendía dramáticamente a un valor extremadamente
bajo, para una temperatura un poco menor de 4,2 K (Fig.
1), llamada temperatura crítica, Tc. Significaba este el
descubrimiento de un nuevo estado de la materia, el
estado superconductor, y con ello el surgimiento de una
nueva rama de intensa investigación tantoteórica como
experimental y un futuro de aplicaciones impensables
hasta entonces.

En los años siguientes se desató en varios
laboratorios un interés extraordinario en el estudio de la
superconductividad, llevando esto consigo a un
desarrollo inmenso de investigación teórica, el
descubrimiento de muchos otros materiales con
propiedades superconductoras y con ello a una mejor
comprensión delas características del estado
superconductor. No obstante, el obstáculo fundamental
para posibles aplicaciones que representaban los valores
tan bajos de la temperatura crítica no había podido ser
salvado. Para 1986, después de 75 años de estudio, el
valor de Tc solo había alcanzado los 23.2 K y el record
había permanecido invariable por cerca de 12 años. Este
hecho implicaba ladependencia absoluta del helio
líquido como medio refrigerante. Los altos precios del
helio y los equipos sofisticados utilizados para su
licuefacción hacían que la utilización de los
superconductores estuviera grandemente restringida.
En el año 1987 el mundo se estremeció con el
descubrimiento de materiales superconductores en el
rango de temperaturas del nitrógeno líquido, lo cual fue
consideradocomo uno de los avances científicos más
importantes del siglo XX y la semilla de una nueva
revolución tecnológica en el campo de la transmisión y
almacenamiento de la energía eléctrica.
1.2 Propiedades básicas de los superconductores

Fig. 1 Transición resistiva medida para el mercurio por
Kammerlingh Onnes en 1911. El eje horizontal corresponde a
la tempeartura dada en grados Kelvin y elvertical a la
resistencia en Ohms. La curva se ha medido según el método
de las cuatro puntas (ver Fig. 3).

La superconductividad es una de las pocas
muestras palpables de fenómenos cuánticos que se
evidencian macroscópicamente, en este caso mediante
tres características fundamentales: diamagnetismo
perfecto, resistencia eléctrica nula y cuantización del
fluxoide.
Si a un anillosuperconductor se le aplica una
corriente eléctrica y posteriormente se retira la fuente,
esta continuará fluyendo eternamente sin decaimiento
apreciable, o lo que es lo mismo, la caída de potencial
en un material superconductor por el que fluye una
1

corriente continua es nula (idealmente en el cero de
temperatura).
Esta
propiedad
se
expresa
matemáticamente mediante la denominada...