Materiales superconductores (SC)

En 1911 se descubrió la superconductividad

Es la capacidad propia que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni perdidas de energía es terminar

La resistencia de un superconductor es prácticamente cero cuando este material se enfría por debajo de su temperatura critica una corriente eléctrica que fluye que fluye en un cable superconductor puede resistir indefinidamente sin fuente de alimentación. La superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica—La energía se transforma mediante paquetes de fotones llamados cuantos.

La superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro ni la plata ni en la mayoría de los metales ferromagnéticas – (son atraídos por los iones)

COMPORTAMIENTO DE MATERIALES SUPERCONDUCTORES

1- Campo magnético:Es la propiedad mas sobresaliente de los materiales SC esta es la ausencia de resistencia; un material SC es perfectamente diamagnética esto hace que no permita que penetre al campo magnético en dicho material

La característica de no dejarse penetrar por un campo magnético en el material super conductor se conoce con el nombre de EFECTO MEISSNER

TIPOS DE SC:El campo magnético distingue dos tipo de SC

I. Materiales SC del tipo I: Son aquellos que no permiten en absoluto que un campo magnético externo penetre sobre este material

II. Materiales SC del tipo II: Llamados también superconductores impercepto, esto debe que el campo magnético penetra atreves de pequeñas canalizaciones denominadas VORTICES DE ABRIKOSOV o llamados también FLUXIONESCuando un SC de tipo II se le aplica un campo magnético externo débil, lo repele perfectamente; si aumentamos el campo magnético el sistema se vuelve inestable y prefiere introducir vórtices para disminuir su cuando el campo es suficientemente alto, el numero de defectos es tan alto que el material deja de ser SC; a esto se denomina campo critico; es decir, cuando dejo de ser SC, y esto depende de la temperatura

Si el campo magnético es débil, mantiene su propiedad de SC. Si el campo magnético es fuerte deja de ser SC alcanza el campo critico

2- Comportamientos eléctrico de materiales superconductores

La aparición del súper diamagnetismo en un material es debida a la capacidad que tiene para crear súper corriente, estas son corrientes de electrones que no disipan energía de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el efecto JOULE(Se pierde energía en forma de calor)SC.—No pierden energía, no convierten energía eléctrica en calor, crean un campo que les permita matener el efecto Missner

Esos materiales crean un intenso campo magnético para mantener el efecto MeissnerEsta misma corriente permite transmitir energía sin gasto energético lo que representa el efecto mas espectacular de este tipo de materiales, debido a que la cantidad de e- SC. Es finita por lo mencionado se deduce que existe una corriente eléctrica a partir de la cual el material deja de ser SC. Y disipa energía

3- Calor específico: Propiedad de cada material – energía necesaria para elevar 1°C su temperatura En todo material especialmente en los metales el calor especifico es una fucnion de la temperatura: cuando la T° es muy baja el metal en estado normal su calor especifico es el siguiente

Metal normal Ce=aT+bT^3

A y b Cttes T = temperatura

Donde aT depende de la conducción eléctrica, mientras que bT^3 se debe a los fonones (vibración de la red cristalina) si a un metal normal lo empezamos a enfriar y seguimos este enfriamiento el metal pasa al estado súper conductor este comportamiento cambia radicalmente y el calor especifico tiene una discontinuidad en la temperatura critica, por lo tanto el calor especifico se puede expresar

Ce= Ctte T^3 si T=TcCtte e^(-αTc/T) si T=0

Teorías principales de la superconductividad

1) Teoria CBS

Existen varias teorías sobre la SC pero en el año 1950 los científicos boarden cooper, Schrieffer publicaron su teoría que les valio el premio novel en física (1972) se basan en los sgte descubrimientosa) Efecto isotópico: es decir vicularon la SC. Con la red cristalinab) El descubrimiento de los pares de Cooper: En donde sostiene que los portadores de

la carga son parejas de e- llamdos pares de Cooper

Resumiendo la teoría de CBS se basa en que los e. se aparean formando un par de fermiones que se comporta como un bazon: la pareja de e- denominado par de Cooper su enlace esta justificado en si mediada por la estructura cristalina del metal

2) Teoria de Londau-GimzburgSe basa mas en las propiedades macroscópicas que en la teoría microscópica se basa en que predice las propiedades en las sustancias inhomogeneas o no homogéneas sustiene que la energía de la banda prohibida es ctte en el espacion, cuando la sustancia no homogénea el problema no se puede tratar desde el punto de vista microscópico esta teoría trata de minimizar la energía libre de helmonts con respecto a la intensidad de e- las condiciones para aplicar esta teoría son :

a) Las T° manejadas deben estar cerca de la Tcb) Que la función de onda ψ tiene que variar suavemente junto con el potencial

Clasificacion de los superconductores

1) En función de su comportamiento físico: Pueden ser de tipo I si sufre un cambio de fase de primer orden. De tipo II si pasan por un estado mixto en que conviven ambas fases es decir si sufre un cambio de fase de 2do ordenT1 Cambia brusco de faseT2 Cambio lento de fase

2) Según la teoría que los explica:Los superconductores se pueden clasificar en Convencionales si son explicados por la teoría CBS. No convencionales: si son contrarios a la teoría CBS

3) En función de su T° critica: De alta temperatura, si se puede alcanzar su estado conductor enfriándolos con

nitrogeno liquido es decir Tc>77K De baja temperatura, si no cumplen la condición anterior

4) En función del material: Elementos puros por ejmplo Hg y Pb SC organicos si están en forma de fularenos o nanotubos, el cual los pueden

incluir entre los elementos puros

Cerámicos: entre los que destacan YBCO