Superconductividad y efecto Meissner

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El fenómeno físico de la superconductividad fue observado por vez primera en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes cuando estudiaba las propiedades de la materia a la temperatura del helio líquido, gas que el propio Onnes había conseguido licuar unos años antes. Lo que vio el holandés fue que, cuando una muestra de mercurio se enfriaba por debajo de una cierta Temperatura Crítica (para dicho metal Tc= 4,2K, casi 270 grados Celsius bajo cero), su resistencia eléctrica caía abruptamente hasta límites indetectables.

A partir de ese momento, se iniciaron diversos estudios relacionados con el descubrimiento de Onnes, y durante los años que siguieron se encontró que, además del mercurio, otros elementos metálicos, a temperaturas muy bajas (con sus Tc características), eran también superconductores. Hoy en día sabemos que existen muchos compuestos que presentan superconductividad a temperaturas “bastante” altas.

Pero, no sólo depende el fenómeno de la temperatura, el propio Onnes descubrió ya en 1913 que la superconductividad desaparece en presencia de un campo magnético externo lo  suficientemente elevado. Es decir, existe un Hc (campo crítico) por encima del cual el material pierde sus carateríscticas superconductoras. Sin embargo, como demostraron Meissner y Ochsenfeld en un experimento realizado en 1933, mientras no se alcance este campo crítico el campo magnético en el interior de un superconductor es siempre nulo, independientemente de si ha sido enfriado por debajo de su Tc en presencia o no de un campo magnético externo. Por tanto, los superconductores, además de conductores ideales, pueden considerarse diamagnéticos ideales. Este hecho sirve además como diferenciador entre un conductor perfecto (i.e., que tiene resistencia eléctrica nula) y un material superconductor (ver figura).

  

Penetración del campo magnético (B = µ0 H) en un conductor perfecto (izda) y en un superconductor (dcha)

En el siguiente video podemos ver el efecto Meissner en todo su esplendor. Un imán levita sobre una pastilla de material superconductor; las líneas de campo emitidas por el disco son repelidas por el superconductor produciendo una fuerza de repulsión capaz de sostener el peso del imán.

De hecho, los superconductores se dividen en dos grandes grupos dependiendo de su respuesta a la presencia de H. Los materiales tipo I entran en el estado normal inmediatamente después de que el campo magnético supere su valor crítico. Sin embargo, en los materiales tipo II la transición tiene lugar de manera continua, el campo comienza a penetrar en la muestra desde el momento en que se sobrepasa un cierto valor Hc1, y lo inunda totalmente una vez que se supera un nuevo valor de campo crítico, o Hc2.

La mayoría de los superconducores tipo II son compuestos de alta temperatura, descubiertos en 1986 por Müller y Bednorz. Son materiales que presentan características superconductoras incluso por encima de los 100 grados Kelvin (aquí hay una tabla) Cuando un tipo II se somete a un campo magnético aparecen pequeños vórtices por los que puede penetrar dicho campo. Estos vórtices tienen un tamaño mínimo como consecuencia de la cuantización del flujo magnético, un resultado predicho por Abrikosov en base a la teoría que Ginzburg y el gran Landau (uno de los físicos teóricos más brillantes del siglo XX) propusieron para explicar algunas de las propiedades observadas. Aunque no fue hasta 1957 cuando los físicos estadounidenses Bardeen, Cooper y Schrieffer formularon la teoría microscópica de la superconductividad, llamada teoría BCS en homenaje a estos tres investigadores. Esta teoría dio cuenta de todos los efectos observados hasta ese momento, permitió entender el origen del fenómeno. Aún no se había lanzado el Sputnik y los americanos ya se llevaban el gato al agua (premio Nobel en 1972) en un campo en el que los soviéticos habían realizado las primeras contribuciones importantes.

Por cierto, Bardeen es la única persona que ha ganado dos veces el Nobel de física; la academia sueca lo había condecorado ya en 1956  por el desarrollo del  primer transistor junto con Shockley y Brattain.  Y siguiendo con el tema Nobel, la importancia del descubrimiento de Müller y Bednorz se puede medir en base a la rapidez con la que fueron distinguidos en Estocolmo, un año después de la publicación de sus resultados. Y de esto saben mucho en Japón:

Tren Maglev en pruebas, alcanzando una velocidad punta de 580 Km/h
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2 comentarios to “Superconductividad y efecto Meissner”

  1. hybeth Says:

    quisiera saber los materiales para el experimento del efecto de meissner

  2. Yesenia Cáceres Says:

    Me podrian decir determinandamente cuales y en donde puedo conseuir el material superconductor? porfavor es para mi proyecto de ciencias.. para este lunes 23 de Setiembre del 2012

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