Definición, tipos y usos de superconductores

Un superconductor es un elemento o una aleación metálica que, cuando se enfría por debajo de un cierto umbral de temperatura, el material pierde drásticamente toda resistencia eléctrica. En principio, los superconductores pueden permitir que la corriente eléctrica fluya sin pérdida de energía (aunque, en la práctica, un superconductor ideal es muy difícil de producir). Este tipo de corriente se llama supercorriente.

La temperatura umbral por debajo de la cual un material pasa a un estado superconductor se designa como T_C, que significa temperatura crítica. No todos los materiales se convierten en superconductores, y los materiales que cada uno tiene su propio valor de T_C.

Tipos de superconductores

• Superconductores tipo I actuar como conductores a temperatura ambiente, pero cuando se enfría por debajo T_C, El movimiento molecular dentro del material se reduce lo suficiente como para que el flujo de corriente pueda moverse sin obstáculos.
• Los superconductores tipo 2 no son particularmente buenos conductores a temperatura ambiente, la transición a un estado superconductor es más gradual que los superconductores tipo 1. El mecanismo y la base física para este cambio de estado no se comprenden, por el momento, por completo. Los superconductores tipo 2 son típicamente compuestos metálicos y aleaciones.

Descubrimiento del superconductor

La superconductividad se descubrió por primera vez en 1911 cuando el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes enfrió el mercurio a aproximadamente 4 grados Kelvin, lo que le valió el Premio Nobel de física de 1913. En los años posteriores, este campo se ha expandido enormemente y se han descubierto muchas otras formas de superconductores, incluidos los superconductores de tipo 2 en la década de 1930.

La teoría básica de la superconductividad, BCS Theory, le valió a los científicos, John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer, el Premio Nobel de física de 1972. Una parte del Premio Nobel de física de 1973 fue para Brian Josephson, también por su trabajo con superconductividad..

En enero de 1986, Karl Muller y Johannes Bednorz hicieron un descubrimiento que revolucionó la forma en que los científicos pensaban en los superconductores. Antes de este punto, el entendimiento era que la superconductividad se manifestaba solo cuando se enfriaba a casi cero absoluto, pero usando un óxido de bario, lantano y cobre, descubrieron que se convirtió en un superconductor a aproximadamente 40 grados Kelvin. Esto inició una carrera para descubrir materiales que funcionaban como superconductores a temperaturas mucho más altas..

En las décadas posteriores, las temperaturas más altas que se alcanzaron fueron de aproximadamente 133 grados Kelvin (aunque podría obtener hasta 164 grados Kelvin si aplica una presión alta). En agosto de 2015, un artículo publicado en la revista Nature informó el descubrimiento de la superconductividad a una temperatura de 203 grados Kelvin cuando se encontraba bajo alta presión..

Aplicaciones de superconductores

Los superconductores se utilizan en una variedad de aplicaciones, pero más notablemente dentro de la estructura del Gran Colisionador de Hadrones. Los túneles que contienen los haces de partículas cargadas están rodeados por tubos que contienen superconductores potentes. Las supercorrientes que fluyen a través de los superconductores generan un campo magnético intenso, a través de la inducción electromagnética, que puede usarse para acelerar y dirigir al equipo según lo desee..

Además, los superconductores exhiben el efecto Meissner en el que cancelan todo el flujo magnético dentro del material, volviéndose perfectamente diamagnéticos (descubierto en 1933). En este caso, las líneas de campo magnético realmente viajan alrededor del superconductor enfriado. Es esta propiedad de los superconductores la que se usa con frecuencia en experimentos de levitación magnética, como el bloqueo cuántico visto en la levitación cuántica. En otras palabras, si Regreso al futuro Los hoverboards de estilo se han convertido en realidad. En una aplicación menos mundana, los superconductores desempeñan un papel en los avances modernos en los trenes de levitación magnética, que brindan una poderosa posibilidad de transporte público de alta velocidad que se basa en electricidad (que puede generarse utilizando energía renovable) en contraste con la corriente no renovable opciones como aviones, automóviles y trenes a carbón.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph.D.