Supercv2

1. Superconductividad
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10

Observaciones experimentales
Materiales superconductores
Efecto Meissner
Tipos de superconductores
Banda prohibida de energía
Efecto isótopo
Teoría de la superconductividad
Criterio de la superconductividad tipo I y tipo II
Cuantización del flujo
Aplicaciones de los materiales superconductores
________________________

Al enfriarciertos metales y aleaciones por debajo de una temperatura, propia de
cada material y denominada temperatura crítica Tc, del orden de algunos °K, se
observa la desaparición repentina de la resistividad eléctrica. Este fenómeno
sorprendente se denomina superconductividad y fue observada por primera vez por el
holandés Kamerlingh Onnes en 1911.

Figura 1.1. Resistencia (en Ω) de una muestra de Hg enfunción de la temperatura (en K). Esta es la
gráfica de Kamerlingh Onnes que marcó el descubrimiento de la superconductividad.

1-1

1.1 Observaciones experimentales
Las principales observaciones experimentales asociadas al fenómeno de la
superconductividad son las siguientes:
a) Por debajo de una temperatura crítica Tc la resistividad eléctrica en corriente
continua se vuelve ≈ 0, observándose unacorriente persistente o supercorriente. En
bobinas superconductoras se han observado corrientes persistentes que no
disminuyen su valor incluso al cabo de un año implicando este hecho que la resistividad
eléctrica < 10-25 Ohm⋅m. Para corriente alterna, el superconductor ofrece resistencia,
aunque para frecuencias bajas es muy pequeña.
ρ

ρ

ρ(T)=ρ0+BT

5

ρ 0: impurezas y defectos
5

T :dispersión por fonones

T
Metal

Tc

T

Superconductor

Figura 1.2. Resistividad de un metal y de un superconductor a baja temperatura

b) Los materiales superconductores poseen propiedades magnéticas
sorprendentes; un superconductor masivo en un campo magnético débil se comporta
como un diamagnético perfecto, es decir, la inducción magnética en su interior es nula
dado que el flujo magnético es expulsadodel interior de la muestra. Este fenómeno
recibe el nombre de efecto Meissner.

Figura 1.3. Efecto Meissner en una esfera superconductora enfriada en presencia de un campo
magnético constante; al enfriarla por debajo de la temperatura de transición el flujo magnético es
expulsado del interior de la esfera.

1-2

c) Destrucción de la superconductividad por campos magnéticos. La
tercera propiedadfundamental de un superconductor consiste en que al aplicar un
campo magnético superior a un valor crítico, Bc, a una muestra superconductora, ésta
recupera su resistencia eléctrica normal provocando la desaparición de la
superconductividad. El valor del campo crítico Bc depende de temperatura, tal y como
se muestra en la figura 1.4, comprobándose como a la temperatura crítica Tc el campo
críticoes nulo: Bc (Tc)= 0. Una buena aproximación para la dependencia del campo
crítico Bc con la temperatura viene dada por la expresión

  T 2 
Bc (T ) = Bc (o ) 1 −   
  Tc  

[1.1]

Figura 1.4. Curvas umbral del campo crítico Hc (en Gauss; 1 Gauss = 10-4 Tesla) en función de la
temperatura.

Asociado a esta propiedad tenemos el efecto Silsbee: Si la corriente que circula
por elsuperconductor excede una “corriente crítica”, el estado superconductor es
destruido. El valor de esta corriente crítica (hasta 100 A en un alambre de 1 mm de
diámetro) depende de la geometría de la muestra y se relaciona con el campo
magnético generado por la corriente que excede Bc.
Más adelante veremos como la superconductividad tiene su origen en un estado
ordenado de los electrones de conduccióndel metal que da lugar a la formación de
pares de electrones débilmente asociados : T < Tc → electrones ordenados, T > Tc →
electrones desordenados. La teoría de la superconductividad ha sido desarrollada por
Bardeen, Cooper y Schrieffer (1957) y se denomina teoría BCS.

1-3

1.2 Materiales superconductores
Podemos dividir los materiales semiconductores conocidos en tres grandes
grupos
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