Superconductividad – Temperatura crítica

Superconductividad y Temperatura Crítica

La superconductividad es un fenómeno que se distingue claramente de la conductividad convencional. Los mejores conductores normales, como la plata y el cobre, nunca pueden alcanzar el estado superconductor, independientemente de la temperatura a la que se enfríen. Por otro lado, los superconductores cerámicos modernos son, en realidad, buenos aislantes cuando no están a temperaturas lo suficientemente bajas para estar en un estado superconductor. Esta relación entre la superconductividad y las bajas temperaturas es fundamental.

Transición a la Superconductividad

Para que un material se convierta en superconductor, debe enfriarse por debajo de una temperatura crítica conocida como temperatura de transición superconductora o temperatura crítica (T_c). Esta temperatura de transición varía según el material superconductor y puede oscilar entre unos pocos Kelvin (K) hasta varios cientos de K. A bajas temperaturas, las vibraciones atómicas en un material disminuyen, lo que significa que hay menos impedimentos para el flujo de electrones. Esto conduce a la formación de pares de Cooper, que son pares de electrones unidos por vibraciones de la red cristalina. En un metal normal, los electrones experimentan resistencia cuando colisionan con los átomos en la estructura de la red del material, pero en un superconductor, los pares de Cooper se mueven a través de la estructura de la red sin resistencia alguna.

Tipos de Superconductores

Los superconductores se pueden clasificar en dos tipos principales:

• Superconductores de Tipo I: Estos tienen un único campo magnético crítico, por debajo del cual exhiben una conductividad perfecta, y por encima del cual pierden sus propiedades superconductoras de manera abrupta. También se les conoce como superconductores «blandos». Ejemplos incluyen el mercurio, el plomo y el estaño.
• Superconductores de Tipo II: Estos tienen dos campos magnéticos críticos y entre ellos, muestran un estado mixto donde solo algunas partes del material son superconductoras. También se conocen como superconductores «duros». Ejemplos incluyen niobio-titanio, niobio-estaño y YBCO (óxido de cobre bario ytrio). Los superconductores de Tipo II son más utilizados en aplicaciones prácticas porque pueden operar en campos magnéticos y temperaturas más altas que los superconductores de Tipo I. Además, mantienen sus propiedades superconductoras en presencia de campos magnéticos fuertes, lo cual es esencial para aplicaciones como máquinas de resonancia magnética y aceleradores de partículas.

Además de estos dos tipos principales, existen superconductores no convencionales que no se ajustan a la teoría BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) de la superconductividad, como los superconductores de alta temperatura y los superconductores de fermiones pesados.

Temperatura Crítica

La temperatura crítica (T_c) es un parámetro clave para los superconductores, ya que es la temperatura por debajo de la cual el material muestra cero resistencia eléctrica y diamagnetismo perfecto. Para los superconductores convencionales, como Nb₃Sn y NbTi, la temperatura crítica es relativamente baja, variando desde unos 9 K (-264 °C) hasta 18 K (-255 °C), dependiendo del material y las condiciones de la muestra. En contraste, los superconductores de alta temperatura, como los cupratos y los superconductores a base de hierro, tienen temperaturas críticas mucho más altas, que van desde unos 30 K (-243 °C) hasta 138 K (-135 °C) para el material con T_c más alto registrado, HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ.

Superconductores – Materiales

A continuación se presenta una tabla de 10 superconductores con sus características clave:

Esta es una visión general del fascinante mundo de la superconductividad, un campo que continúa evolucionando y promete avances significativos en tecnología y física en los años venideros.