TIPOS Y PROPIEDADES DE LOS SUPERCONDUCTORES Por su comportamiento físico
Superconductores de tipo I: son los que tienen un único campo magnético crítico Hc, y pasan bruscamente del estado superconductor al normal. Superconductores de tipo II: son aquellos en los que se pueden considerar dos campos magnéticos críticos, Hc1 y Hc2, estando plenamente en el estado superconductor para un campo magnético externo por debajo de Hc1 y en el estado normal por encima de Hc2, hallándose en un estado mixto cuando el campo magnético se halla entre ambos.
Por su temperatura crítica
Superconductores de baja temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya temperatura crítica está por debajo de los 77K. Superconductores de alta temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya temperatura crítica está por encima de los 77K.
La razón por la que se suele tomar dicha temperatura está en la facilidad con la que podemos enfriar el material (marcando una diferencia en el precio de los experimentos dedicados a su estudio), ya que por encima de 77K podemos utilizar métodos de enfriado de bajo coste, como el nitrógeno líquido, en lugar de otros como el helio líquido. Por el material Elementos puros: (si bien no todos los elementos puros alcanzan el estado superconductor), la mayoría de los superconductores que son elementos puros son de tipo I, con la excepción del niobio, el tecnecio, el vanadio y las estructuras de carbono que se mencionan más abajo. Aleaciones, como por ejemplo:
El NbTi (niobio-titanio) cuya propiedad superconductora se descubrió en 1962. El AuIn (oro-indio), un superconductor descubierto en 1997. El URhGe (aleación de uranio, rodio y germanio), del cual se descubrió en 2005 que sigue siendo superconductor incluso a elevados campos magnéticos3 (si bien su temperatura crítica es muy baja, unos 0.28K).
Superconductores orgánicos: estructuras de carbono (concretamente fulerenos y nanotubos). Puesto que están compuestos únicamente por átomos de carbono, técnicamente se pueden considerar entre los elementos puros, pero al no ser metales se pueden poner como un grupo aparte.
Nótese que otras estructuras de carbono puro como el diamante y el grafito nunca son superconductoras. Cerámicas entre las que tenemos
El grupo YBCO, conocido por sus siglas inglesas para óxidos de itrio, bario y cobre, son toda una familia de materiales muy complejos, y los superconductores de alta temperatura más conocidos (~95K). El diboruro de magnesio (MgB2), su temperatura crítica es 39K.
Propiedades Si la primera propiedad fundamental de los superconductores, la falta de la resistencia fue descubierta en 1911, la segunda propiedad importantísima, solamente pasados 22 años. En 1933 el físico alemán Meissner descubrió que los superconductores eran materiales diamagnéticos ideales. ¿Qué significa esto? Nosotros, por ejemplo, nos hallamos constantemente en el campo geomagnético. Las líneas de fuerza de este campo atraviesan todos los objetos y seres en la Tierra. Si las líneas de fuerza tropiezan con un material ferromagnético, por ejemplo, un pedazo de hierro, en éste las líneas de fuerza parecen densificarse. Si tropiezan con un material diamagnético, en éste, por el contrario, se crea un enrarecimiento, un vacío de líneas de fuerza. En el superconductor, las líneas de fuerza no penetran en absoluto. Con otras palabras, el superconductor es absolutamente diamagnético. El interior del superconductor está apantallado en forma ideal contra los campos magnéticos exteriores (el efecto de Meissner) por medio de las corrientes que circulan en la fina capa superficial del superconductor. En esta capa penetra también el campo magnético, debido a lo cual la profundidad de esa capa se denomina profundidad de penetración y se designa por λ. El diamagnetismo de los superconductores puede aprovecharse, por ejemplo para atribuir a las líneas de fuerza del campo magnético la configuración dada. El campo contorneará el superconductor, mientras que las líneas de fuerza adquirirán la configuración que reproduce el contorno del superconductor. El superconductor difiere sustancialmente de un conductor ideal con resistencia Γ = 0. En un conductor ideal puede penetrar el campo, en cambio de ningún modo se puede obligar al campo magnético a penetrar en un superconductor. Aunque sí, existe un método: al alcanzar la intensidad del campo magnético en algún punto del superconductor una magnitud que supere cierto valor crítico, en ese punto el superconductor pierde la superconductividad. Los campos magnéticos críticos de los metales puros son débiles; no superan centenas de Oersted, lo que puede verse en la tabla 2.
La corriente que pasa por el superconductor también puede provocar la pérdida de la superconductividad. La magnitud de esa corriente en los superconductores puros está relacionada con el campo magnético crítico por la regla de Silsbee: la superconductividad se anula por tal valor de la corriente en el conductor, que crea en la superficie del superconductor un campo igual al crítico. La magnitud del campo en la superficie del conductor se puede determinar con arreglo a la ley de la corriente total. Cada superconductor tiene, además, su propia temperatura crítica (Tc), es decir, pasando la cual pierde a salto sus propiedades de superconductor. Estas temperaturas son muy variables. Sobre la temperatura crítica influyen, aunque débilmente, las tensiones mecánicas en la probeta. Como regla (mas no siempre), el aumento de las tensiones mecánicas en la probeta acarrea la elevación de la temperatura crítica y únicamente los métodos muy sensibles permiten establecerlo. Una dependencia análoga existe entre las tensiones mecánicas y el campo magnético crítico. Se demostró, en particular, que el campo crítico de una probeta de estaño, que a temperatura de 2 °K es de 210 Oe, después de haber creado artificialmente en el estaño fuertes tensiones mecánicas, aumentó hasta 15 mil Oe.
Tabla 2 Elemento Temperatura Campo Elemento Temperatura Campo Crítica Tc(°K) Magnético Crítica Tc(°K) Magnético Crítico Hc’ en Crítico Hc’en Oe Oe Ti 0,40 100 Rn 1.70 201 Ru 0.49 66 Tl 2.39 171 Zr 0.55 47 In 3.40 278 Cd 0.56 30 Sn 3.72 309 U 0.60 ~2000 Hg 4.15 411 Os 0.71 65 Ta 4.40 780 Zn 0.82 52 V 5.30 1310 Ga 1.10 51 La 5.95 1600 Al 1.20 99 Pb 7.17 803 Th 1.37 162 Nb 9.22 1944
La reducción de las dimensiones de la probeta ensayada hasta un micrón, aproximadamente, provoca un cambio sustancial de las propiedades del superconductor. Tal probeta no será ya diamagnética, en tanto que su campo crítico y la corriente aumentarán notoriamente. Reduciendo el espesor de la muestra, se puede aumentar centenares de veces su campo crítico. Una película de plomo superconductora de 20 Å de espesor tendrá un campo crítico igual a 400 mil Oe. Aumentará también sustancialmente la densidad de la corriente crítica en las películas superconductoras finas, llegando en las capas de espesor del orden de 100 Å, a 107 – 108 A/cm2.
