Superconductividad

SUPERCONDUCTIVIDAD
SUPERCONDUCTIVIDAD
2013
Elaborado por:

2013
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Índice

Introducción

1. Descubrimiento y Evolución Histórica
La historia de la superconductividad comenzó en 1911 en Leyden, cuando el físico holandés Heike Kammerling Onnes (foto) desarrolló las primeras técnicas criogénicas para enfriar muestras de materiales hasta algunos grados por encima delcero absoluto (correspondiente a cero Kelvin, es decir, -273,15 ºC).
Fue el primero que consiguió llevar el helio por debajo de su punto de licuefacción (4,2K), abriendo así el campo de las muy bajas temperaturas. Al principio, Kamerlingh Onnes"monopolizó" completamente este campo, ya que Leyden fue, hasta 1923, el único lugar del mundo que disponía de helio líquido.
En aquellas épocas se sabíaque los metales tienen una resistividad que disminuye de manera prácticamente lineal con la temperatura hasta unos 20 K, y se quería averiguar que ocurría con esta resistividad en las proximidades del cero absoluto. Kamerlingh Onnes se dió cuenta muy pronto de que era necesario disponer de metales muy puros, si quería obtener resultados libres de toda ambigüedad.
Eligió el mercurio, elemento quepuede conseguirse con un alto grado de pureza y que además es conductor en estado metálico. De este modo, y enfriando el mercurio a muy baja temperatura, pudo observar un fenómeno nuevo y totalmente inesperado: a una temperatura de 4,2 K, el mercurio pasaba bruscamente a un estado en el que, repentinamente, no ofrecía resistividad alguna al paso de la corriente eléctrica. Esta transición semanifestaba por una caída muy brusca de la resistividad. Kamerlingh Onnes había descubierto la superconductividad.
Poco después se observó que la misma transición al estado de superconductor se producía en otros metales, como el plomo o el niobio, a temperaturas críticas ligeramente más altas. En todos los casos la temperatura que se requería era sólo un poco mayor que la del cero absoluto, que en lapráctica únicamente podía conseguirse sumergiendo un trozo del material en helio líquido, que hierve a 4,2 K a la presión atmosférica normal.
Onnes pensó enseguida la posibilidad de construir un electroimán de alto campo y, en 1913, construyó una bobina de plomo para ensayar la idea. Los resultados fueron desconcertantes. Si bien la bobina era superconductora en tanto que la corriente deexcitación fuera pequeña, cuando el campo magnético excedía de una intensidad moderada el plomo pasaba siempre al estado resistivo. Experimentos ulteriores mostraron que todos los superconductores metálicos puros presentaban una intensidad de campo crítica que les era propia y que estaba claramente definida, siendo usualmente menor de 0,1 T; al llegar a este valor, la superconductividad se extinguíasúbitamente.
Posteriormente a partir de los años 1930, la superconductividad se observó también en cuerpos compuestos, principalmente en aleaciones intermetálicas.
En 1933, W. Meissner y R. Ochsenfeld observaron un fenómeno adicional: la exclusión del flujo magnético externo cuando el superconductor es enfriado por debajo de su temperatura critica Tc. En su honor este efecto se conoce hoy en día comoefecto Meissner y es el responsable de la imagen típica que todos asociamos con la superconductividad: la de un pequeño disco de material refrigerado flotando libremente en el aire por encima de un imán (foto).
El experimento de Meissner demostró que el superconductor no cumplía con la formulación clásica de las ecuaciones de Maxwell para resistividad nula.
En 1935 los hermanos Fritz y HeinzLondon desarrollaron una teoría fenomenológica de la superconductividad, es decir, estudiaron cómo ocurren las cosas en un superconductor, pero no el porqué. En esta teoría, a las ecuaciones de Maxwell se agregaban dos ecuaciones complementarias para el efecto Meissner, para demostrar que el campo magnético decae en el interior del superconductor con una longitud característica conocida como...