Classificació dels superconductors

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Els superconductors se solen classificar segons diferents criteris, com poden ser el comportament físic, el material del qual està fet o el seu cost econòmic.

Comportament físic[modifica | modifica el codi]

En el fenomen de la superconductivitat ens trobem amb dos tipus de comportament en funció dels quals es poden classificar els materials superconductors.

Segons el criteri de Alekséi Abrikósov proposat el 1957[1][2]

Superconductors de tipus I

Els materials per sota de la temperatura Tc tenen un comportament que ve descrit per l'efecte Meissner, que es coneix com estat superconductor, en arribar a la temperatura de Tc s'assoleix un camp magnétic máxim anomenat camp crític Hc, a partir del qual es perd el comportament diamagnétic i s'adquireix un comportament conductor.


Superconductors de tipus II

En aquest tipus de materials es presenta el que podria anomenar-se un desdoblament del camp crític, per sota del camp crític inferior Hc1 el seu comportament és el de superconductor, per sobre del camp crític superior Hc2 el comportament és el de conductor, entre Hc1 i Hc2 es passa gradualment del comportament superconductor al comportament conductor.

De manera més rigorosa es fa servir el paràmetre de Ginzburg-Landau:

si \kappa \ll 1 llavors l'energia superficial del superconductor és positiva i es tracta d'un superconductor de tipus I

si \kappa > 1/\sqrt{2} (especialment, si \kappa \gg 1) aleshores l'energia superficial del superconductor és negativa i es tracta d'un superconductor de tipus II.

Per la teoria que els explica[modifica | modifica el codi]

Superconductors convencionals: són aquells que es poden explicar mitjançant la teoria BCS o a la interacció de parells electró-fonó.

Superconductors no convencionals: són aquells que no es poden explicar mitjançant les teories anteriors. La importància d'aquest criteri de classificació es basa en la teoria BCS, que explica amb èxit les propietats dels superconductors convencionals des de 1957, mentre que no acaba d'haver-hi una teoria satisfactoria que expliqui els superconductors no convencionals.

Per tal de poder explicar els superconductors no convencionals se sol utilitzar la teoria Ginzburg-Landau, aquesta teoria és de caràcter macroscòpic, de fet l'estudi del soperconductors no convencionals és encara un dels problemes no resolts de la física.

La majoria de vegades els "superconductors convencionals" són del "tipus I", encara que hi ha algunes excepcions com el Niobi o el diborur de magnesi que són de tipus II.

Per la seva temperatura crítica[modifica | modifica el codi]

Superconductors de baixa temperatura: solen anomenar-se així aquells que tenen una temperatura crítica per sota dels 77K.

Superconductors d'alta temperatura: solen anomenar-se així aquells que tenen una temperatura crítica per sobre dels 77K.

El criteri d'agafar la temperatura de 77K resideix en el cost dels refrigerants que s'han d'utilitzar, per sobre del 77K es pot fer servir nitrogen líquid que és més econòmic que no pas l'heli líquid que es fa servir per refrigerar per sota dels 77K.

D'altra banda els superconductors d'alta temperatura són molt més interessants des del punt de vista de les aplicacions pràctiques, raó per la qual se centren en ells molts dels estudis dels centres d'investigació i desenvolupament per tal de dissenyar materials que tinguin una temperatura crítica més alta.

Pel material[modifica | modifica el codi]

  • Elements purs (no tots els elements purs assoleixen l'estat superconductor), la majoria dels superconductors que són elements purs són del tipus I, amb l'excepció del Niobi, el Tecneci, el Vanadi i les estructures de carboni que s'anomenen més a baix.
  • Aliatges, com per exemple:
  1. El NbTi (Niobi-titani) la seva propietat superconductora es va descobrir en 1962.
  2. El AuIn (Or - indi), un superconductor descobert en 1997.
  3. El URhGe (aliatge d'urani, rodi i germani), del qual es va descobrir en 2005 que continua sent superconductor inclòs a elevats camps magnètics[3]

(encara que la seva temperatura crítica és molt baixa, uns 0.28K).

  • Superconductors orgànics, estructures de Carboni (concretament fulerens i nanotubs). Donat que estan compostos únicament per àtoms de carboni, tècnicament es poden considerar entre els elements purs, però com que són metalls es poden classificar com a grup a part.
  • Ceràmiques entre les quals tenim:
  1. El grup YBCO, conegut per les seves sigles angleses per òxids d'itri, bari i coure, són tota una família de materials molt complexes, i els superconductors d'alta temperatura més coneguts.
  2. El diborur de magnesi (MgB2), la seva temperatura crítica és 39K,[4]

el que el converteix en el superconductor convencional de temperatura crítica més alta conegut.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Abrikosov, AA. Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики (Zhurnal Eksperimentalnoi i Teoreticheskoi Fiziki, Revista sobre física experimental y teórica), 32, 1957, pàg. 1442.
  2. Abrikosov, AA. Soviet Physics - JETP, 5, 1957, pàg. 1174.
  3. F. Lévy, I. Sheikin, B. Grenier, A. D. Huxley. «Magnetic Field-Induced Superconductivity in the Ferromagnet URhGe». Science, 309, 26 Ago 2005, pàg. 1343-1346. 10.1126/science.1115498.
  4. Jun Nagamatsu, Norimasa Nakagawa, Takahiro Muranaka, Yuji Zenitani y Jun Akimitsu. «Superconductivity at 39 K in magnesium diboride» (carta). Nature, 410, 1 Mar 2001, pàg. 63-64. 10.1038/35065039.