miércoles, 17 de marzo de 2010

Superconductividad

Es uno de los experimentos mas espectaculares que existen y no podía faltar en Cluster. Lo he querido realizar desde que lo vi y gracias a la facultad de físicas de la Universidad de Barcelona lo he podido llevar a cabo. Se trata de la levitación por efecto Meissner.



En los últimos años ha surgido en importante desarrollo de materiales con propiedades magnéticas interesantes, que pueden tener grandes aplicaciones. En la actualidad la búsqueda de estos nuevos materiales forma parte del pilares de investigación de muchos centros. Nos estamos refiriendo a los ferrofluidos y a los superconductores.
En este artículo nos centraremos en éstos últimos.

Algunos materiales, que son conductores ordinarios a temperatura ambiente, pasan a ser superconductores al alcanzar una temperatura crítica Tc (que suele ser muy baja).



¿Que propiedades presentan estos materiales?

1- Resistencia eléctrica cero. Esta propiedad permite fabricar circuitos sin resistencia y por tanto sin disipación de energía por efecto Joule. Las bobinas realizadas con este material podrían, al hacer pasar intensidades muy altas, crear campos magnéticos muy intensos.
2. El material en el estado superconductor, expulsa el campo magnético de su interior.
El superconductor se comporta al revés que un material ferromagnético, es decir, repele el campo magnético. Se trata de un diamagnético perfecto.(Este fenómeno ya fue explicado en el artículo sobre diamagnetismo). La fuerza puede ser tan elevada que puede soportar su propio peso.

En el siguiente esquema se muestran las lineas de campo magnético, y como éstas se desvían al llegar al superconductor, el conocido efecto Meissner.




Los materiales utilizados en el experimento son los materiales superconductores de alta temperatura, aunque tampoco es tan alta. Se trata de lo famosos YBa2Cu3O7, en general YBaCuOs, que muestran su temperatura de transición sobre los 100 K (-173ºC).
Para enfriarlos se utilizará Nitrogeno líquido, la temperatura del cual es de 77 K (-195,2ºC). Se colocará un imán de Neodimio sobre el superconductor y éste milagrosamente levitará. Actualmente se han podido conseguir superconductores cerámicos mercurio-cupratos impregnados con Talio con estructura perovskita que pueden llegar a temperaturas críticas de 140 K.



¿Por que ocurre este fenómeno?

Un comportamiento de este tipo, ya además a tan bajas temperaturas no dejó indiferentes a los físicos. Rápidamente aparecieron hipótesis sobre este fenómenos y en 1950 los norteamericanos John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer propusieron la teoría BCS (de la inicial de sus apellidos), y formularon la hipótesis de los pares de Cooper. Al parecer los electrones a tan baja temperatura, y debido a que el metal apenas se mueve, es capaz de repeler levemente los iones positivos y crear una zona de atracción para otros electrones. De esta manera otro electrón que circule en el mar de electrones puede verse atraído. La consecuencia final es que un electrón sigue completamente la trayectoria del otro. De esta manera ya no son ferminones (y por tanto no han de cumplir el principio de exclusión de Pauli)y se comportan como bosones y así compartir la misma energía mínima. Se trata de un fenómeno cuántico que permite que los electrones emparejados tengan menor energía que libres.



Si estas interesado en sintetizar tu mismo un superconductor de alta temperatura puedes entrar en Radioweblogs, aquí hay una explicación extensa para poder sintetizar uno.
Para una mayor explicación sobre el efecto Meissner puedes entrar en Hyperphysics.
Para mas información sobre los pares de Cooper entra en Solociencia.

¡¡Saludos y hasta la próxima!!

Sergio

PD: Hemos realizado una ampliación del artículo en Superconductor del tipo II.

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