Material supercondutor

Material supercondutor refírese á clase específica de materiais que, cando son arrefriados por debaixo dunha temperatura crítica específica, exhiben a propiedade de supercondutividade. Estes materiais son capaces de conducir electricidade sen resistencia eléctrica e manifestan o Efecto Meissner, o cal lles permite expulsar os campos magnéticos do seu interior (véxase lei de indución de Faraday). Algúns exemplos de supercondutores son os metais mercurio e chumbo, cerámicaNormalmente asociamos a cerámica co illamento eléctrico, pero a supercondutividade é un fenómeno que non depende só da composición química do material, senón tamén da súa estrutura cristalina e electrónica. Algúns materiais cerámicos, cando se arrefrían a temperaturas moi baixas, poden alcanzar un estado supercondutor debido á formación de pares de Cooper, que flúen sen resistencia a través da rede cristalina do material. Isto sucede en determinados compostos cerámicos que conteñen capas de óxidos metálicos, como os cupratos, que poden exhibir supercondutividade a temperaturas relativamente altas comparadas con outros supercondutores. e nanotubos de carbono. Normalmente, un imán que se move por un condutor produce correntes no condutor por indución electromagnética. 

 Tipos 
Os materiais supercondutores clasifícanse principalmente en:

 Supercondutores de Tipo I: Que mostran unha transición directa desde o estado normal ao estado supercondutor e posúen un campo magnético crítico relativamente baixo. 
 Supercondutores de Tipo II: Que presentan dúas fases supercondutoras e son capaces de soportar campos magnéticos moi altos antes de volveren ao estado normal.

 Características 
Un supercondutor é unha substancia que conduce a electricidade sen resistencia cando se fai máis fría que unha "temperatura crítica".  Ademais da súa característica de condución sen resistencia e o Efecto Meissner, os materiais supercondutores destacan pola súa capacidade para transmitir corrente eléctrica con unha eficiencia enerxética extremadamente alta. 

 Explicación 

Os físicos explican a supercondutividade describindo o que ocorre cando as temperaturas se arrefrían. A enerxía térmica nun sólido ou líquido axita os átomos polo que vibren aleatoriamente, pero isto vai menos cando a temperatura baixa. Os electróns levan a mesma carga eléctrica negativa que fai que se repelen entre si. A temperaturas máis altas cada electrón compórtase coma se fose unha partícula libre. Non obstante, tamén hai unha atracción moi débil entre os electróns cando están nun sólido ou líquido. A distancias bastante grandes (con moitos centos de nanómetros de distancia) e temperaturas baixas (preto do cero absoluto), o efecto atractivo e a falta de enerxía térmica permiten que pares de electróns colguen xuntos. Isto chámase par de cobre e é unha cuasipartícula, é dicir, actúa coma se fose un novo tipo de partícula por dereito propio aínda que está formada por dous electróns fundamentais.

Moitos pares de cobre superpostos poden existir no mesmo espazo de tamaño nanométrico. Dado que os electróns pares constitúen un bosón, os movementos de todos os pares de cobre dentro dun único supercondutor sincronízanse e funcionan coma se fosen unha única entidade. Neste estado prohíbense pequenas perturbacións, como a dispersión de electróns, e móvese como un, sen mostrar resistencia ao seu movemento, sendo un material supercondutor.

 Aplicacións 
Entre as aplicacións máis destacadas dos materiais supercondutores atópanse o uso en equipos de imaxes por resonancia magnética (IRM) para a medicina, aceleradores de partículas para investigación científica, tecnoloxías de levitación magnética para sistemas de transporte e a potencial revolución da rede eléctrica mediante a redución de perdas de transmisión.

 Desenvolvemento e investigación 
A busca de materiais supercondutores que operen a temperaturas cada vez máis elevadas, idealmente próximas á temperatura ambiente, é un dos obxectivos principais da investigación actual. Esta liña de investigación inclúe o estudo de novas aliaxes, cerámicas e compostos orgánicos.

 Computación cuántica superconductora 
A computación cuántica superconductora utiliza qubits supercondutores para realizar cálculos cuánticos. Estes qubits son elementos de circuíto que funcionan a temperaturas moi baixas e teñen o potencial de aumentar o número e rendemento dos sistemas cuánticos.

 Diferenza entre material supercondutor e dispositivo supercondutor 
A diferenza clave entre un material supercondutor e un dispositivo supercondutor é que un material ten a propiedade intrínseca da supercondutividade, mentres que un dispositivo é unha aplicación tecnolóxica que emprega tales materiais para realizar funcións específicas.

 Historia  
+1911 A supercondutividade é descuberta por Heike Kamerlingh Onnes 1933 O efecto Meissner é descuberto por Walter Meissner e Robert Ochsenfeld 1957 A explicación teórica da supercondutividade foi presentada por John Bardeen, Leon Cooper e John R. Schrieffer (teoría BCS). 1962 Predición do túnel dos pares de Cooper supercondutores a través da barreira illante. 1986 Un superconductor cerámico foi descuberto por Alex Müller e Georg Bednorz. As cerámicas son normalmente illantes. Un composto de lantano, bario, cobre e osíxeno cunha temperatura crítica de 30 K. Abríronse as posibilidades de novos supercondutores. 2020 Descuberta de supercondutividade a temperatura ambiente en materiais compostos baixo altas presións.

 Véxase tamén 

 Campo magnético
 Condutividade eléctrica
 Levitación magnética
 Pares de Cooper
 Supercondutividade

 Ligazóns externas 

 Superconductors.org - Información sobre supercondutores.

Categoría:Magnetismo
Categoría:Electrónica