Superconductividad

1.1. Historia de la Superconductividad
En 1911, Kammerlingh-Onnes encontró que la resistencia eléctrica del Hg sólido caía a
un valor muy pequeño cuando se enfriaba por debajo de una temperatura, Tc=4,2K. El
Hg pasa a un estado llamado superconductor. Sin embargo, esta propiedad no es válida
para todos los materiales. (Kammerlingh-Onnes recibe el premio Nobel en 1913)
Figura 1. Temperaturade transición del Estaño. Y evolución de la resistividad de Ag.
En 1933, Meissner y Oschnfeld, encontraron que cuando una sustancia superconductora
se enfría por debajo de su Tc en presencia de un campo magnético, este material
superconductor expulsa el flujo magnético de su interior. Y si el campo magnético es
aplicado a posteriori el flujo magnético se excluye del superconductor. Es decir, unmaterial superconductor actúa como un material diamagnético perfecto.
Figura 2. Efecto Meissner. Cuando un superconductor se enfría por debajo de su Tc en
presencia de un campo B externo, las líneas de campo son expulsadas de su interior.
Prácticas de Física Nuclear II. 02/03 3
A partir de entonces, estos son los principales hitos del desarrollo de la
superconductividad:
- 1941Superconductividad del Nb nitrado a 16K
- 1953 Superconductividad del V3Si a 17,5K
- 1957 Teoría microscópica de la superconductividad BCS
- 1962 La teoría BCS predice el Efecto Josephson
- 1962 Desarrollo del primer hilo superconductor (Westinghouse)
- 1972 Bardee, Cooper y Schrieffer consiguen el Premio Nobel
- 1973 Josephson obtiene el Premio Nobel
- 1986 Müller y Bednorz descubren el primersuperconductor de alta temperatura
de La1,85Ba0,15CuO4 a 35K
- 1987 Müller y Bednorz consiguen el Premio Nobel
- 1987 YBa2Cu3O6,9 a 92K
- 1988 Bi2Sr2CaCu2Cu3O8+δ con 110K
- 1988 Compuesto cerámico de Ca-Tl: Tl2Ba2Ca2Cu3O10 con 125K
- 1993 HgBa2Ca2Cu3O8+δ a 133,5K
Figura 3. Evolución de los descubrimientos sobre superconductividad
Prácticas de Física Nuclear II. 02/03 4
Aplicaciones de laSuperconductividad:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
- Gran escala: Aplicaciones para aprovechar la pérdida de resistencia eléctrica y
para generar campos magnéticos muy intensos
o Electro-Imanes superconductores: Aceleradores, Fusión Magnética
o Sistema de levitación magnética: Trenes de alta velocidad
o Sistema para Imagen de Resonancia Magnética (cambio de helio por
nitrógeno líquido)
o Sistemas dealmacenamiento de energía
- Pequeña escala: Aplicaciones electrónicas
o Sensores electrónicos y componentes de circuitos digitales
o Sistemas altamente compactos: Memoria
o SQUIDs (Dispositivo superconductor de interferencia cuántica), utiliza
el efecto Josephson: Detectores de campos magnéticos
o A/D convertidores
Prácticas de Física Nuclear II. 02/03 5
1.2. Principales propiedades delos superconductores
A. Exclusión del flujo magnético y la ausencia de resistencia eléctrica
Las dos características principales de un material superconductor, la exclusión del flujo
magnético y la ausencia de resistencia eléctrica, están relacionadas entre sí. Será
necesario mantener una corriente persistente (sin resistencia) para mantener la exclusión
del flujo magnético cuando el campoexterno esté presente.
Figura 4. Fenómeno de levitación magnética, un imán permanente flotando sobre una
superficie superconductora.
Las líneas de campo magnético son expulsadas del superconductor debido a la
formación de corrientes superficiales. Tanto las corrientes superficiales como el campo
magnético penetran en el superconductor una distancia pequeña ∼100nm
La evolución espacial de B:
λ −⋅ ’ / x
0 e B ) x ( B
Con λ = profundidad de penetración magnética,
2
c
0 T
T
1 ) T ( ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
− ⋅ λ ’ λ
Figura 5. El campo magnético B dentro de un superconductor decae exponencialmente.
Prácticas de Física Nuclear II. 02/03 6
B. Campo crítico Hc
Si el campo magnético se incrementa por encima de un determinado valor, llamado
campo crítico Hc, el material deja de ser...