Superconductividad

1. FUNDAMENTOS DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD:

La superconductividad es el fenómeno que se produce en algunas sustancias (ciertos metales y

cerámicas) en las que desaparece su resistividad eléctrica cuando la temperatura se reduce por

debajo de una temperatura crítica, Tc. Este fenómeno sorprendente fue observado por primera vez

por el holandés Onnes en 1911. Los primeros superconductores descubiertos en 1911 eran metales

simples como el mercurio y el plomo. Eran conductores ordinarios a temperatura ambiente, pero se

convertían en superconductores cuando la temperatura caía hasta unos pocos grados (3ºK) sobre el

cero absoluto. Estos superconductores eran demasiado fríos para muchas aplicaciones prácticas.

Desde entonces los investigadores han estado intentando averiguar como hacer sustancias

superconductoras a temperatura ambiente (aproximadamente 273ºK). Los superconductores de alta

temperatura operan alrededor de los 100 a 150ºK.

La segunda característica de los superconductores es que tienen propiedades magnéticas

asombrosas. El campo magnético dentro de un superconductor es nulo. La inducción magnética es

expulsada del interior. Es el llamado efecto Meissner y se comprueba haciendo levitar un imán

sobre el superconductor sumergido en Nitrógeno líquido.

Teoría que explica la superconductividad.

En una red los iones no están fijos en sus posiciones, sino que vibran alrededor de ellas. Es válido

imaginarlos como pequeñas bolitas enganchadas a sus vecinas mediante muelles. Las fuerzas elásticas

que crean los resortes sobre un ión cuando este se desplaza un poco de su posición de equilibrio hacen

que vibre y que esta vibración se propague por todo el cristal como una onda. La física cuántica afirma

que estas ondas no pueden tener una energía cualquiera. La energía está cuantizada en paquetes

llamados fonones.

Los físicos Bardeen, Cooper y Schrieffer (BCS) descubrieron que si un electrón se mueve por la red,

atrae hacia sí a los núcleos iónicos positivos de manera que la región de la red por donde circula el

electrón tendrá una densidad de carga positiva mayor que la normal. Otro electrón que pasa por esa

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zona notará ese exceso de carga positiva y se ve atraído por ella. En conjunto es como si el segundo

electrón fuese atraído por el primero: Los dos electrones se conectan para formar un par, llamado par

de Cooper.

Aparece una interacción atractiva entre dos electrones que vence la repulsión culombiana entre ellos.

Para que esto ocurra las condiciones son las siguientes:

· La Tª tiene que ser lo suficientemente baja, para que las vibraciones aleatorias del cristal no

destruyan los fonones. Las vibraciones de la red están relacionadas directamente con la

temperatura. El Cero Absoluto es el punto al cual desaparecen todas las vibraciones. Es

imposible entonces, alcanzar una temperatura más

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