Superconductores

Ya que en el primer post de este blog se habló de superfluidos, quiero aprovechar la segunda entrada para hablar de un tema muy relacionado con ellos, los superconductores. Explicaré qué son los superconductores, qué propiedades poseen y finalmente hablaré de sus aplicaciones.

¿Qué es un superconductor? 

Para empezar, un superconductor se define como un material cuya resistencia eléctrica es nula. Eso se consigue a temperaturas muy bajas, por debajo del punto crítico (Tc), que varía en función del superconductor y con campos magéticos inferiores al campo magnético crítico (Bc), el cual es relativamente grande si lo comparamos con el terrestre.

El valor del campo magnético crítico a una temperatura dada se tabula a partir del valor de T=0K, tomando un valor (en T) de 0 para T=Tc. A medida que aumenta la temperatura, aumenta también la del campo magnético crítico, hasta superar Tc, temperatura a la que desaparece la superconductividad y el material adquiere una conductividad "normal".

La fórmula para determinar de forma aproximada el campo magnético crítico en función de la temperatura es:

¿Qué propiedades presentan los superconductores?

El campo magnético crítico es el resultado de otra de las propiedades que presentan los superconductores. Son capaces de apantallar un campo magnético, generando un campo magnético inverso al aplicado hasta, como se dijo anteriormente, que se alcanza el punto crítico, perdiéndose la superconductividad y con ella, sus propiedades. Esto es lo que se conoce como Efecto Meissner.

 El efecto Meissner es el responsable de que los superconductores se comporten como materiales diamagnéticos perfectos y puedan, por ejemplo, levitar imanes sobre ellos como se ve en este vídeo que ilustra esta propiedad.

Otra propiedad interesante de los superconductores (aunque también se puede producir a temperaturas superiores a la temperatura crítica) es lo que se denomina Efecto Josephson, (muy relacionado con el efecto túnel, del que hablaré en una futura entrada). El Efecto Josephson se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica por efecto túnel entre dos superconductores separados por una unión delgada de óxido. Esta propiedad tiene un especial interés en el desarrollo de microprocesadores.

Actualmente se está trabajando en superconductores de alta temperatura que mantienen propiedades de superconductores a temperaturas mucho más alejadas del 0K (aunque siguen siendo bajas), ya que permitiría operar con mayor facilidad y a menor precio ya que se requiere únicamente nitrógeno líquido para mantener esa temperatura de funcionamiento. Los materiales superconductores de alta temperatura son compuestos (generalmente no estequiométricos) de metales de transición como pueden ser el  BiSrCaCuO o el La1.85Ba0.15CuO4

Para acabar de introducir a los superconductores, decir que hay dos clases de superconductores: los superconductores de clase I, que son capaces de apantallar completamente el campo magnético de su interior (siempre lo intentan expulsar) y los superconductores de tipo II, que permiten que el campo magnético penetre en  ellos sin dejar de ser superconductores (se oponen a que cambie el campo magnético).

¿Para qué sirven los superconductores?

La última parte de esta entrada se dedica a las aplicaciones cotidianas de los superconductores. Posiblemente, la más interesante (desde un punto de vista distinto al de la investigación), sea la levitación magnética (como la mostrada en el vídeo). Un ejemplo de levitación magnética que nos pueda resultar más o menos familiar es la de los trenes de levitación empleados en japón (conocidos como trenes bala) y cuya ausencia de contacto con los raíles les permite alcanzar velocidades de mas de 500km/h.

También es importante la superconductividad en medicina nuclear, ya que los escáneres de resonancia magética emplean superconductores para poder generar en un ordenador imágenes del interior de un organismo de un modo no invasivo.