Efecte Meissner

Quan es col·loca un superconductor en un camp magnètic extern H relativament feble, el camp penetra dins el superconductor només una petita distància λ, anomenada profunditat de penetració, més enllà de la qual cau ràpidament a zero. Aquest fet s'anomena efecte Meissner i és característic de la superconductivitat. Per a la majoria de superconductors λ és de l'ordre de 100 nm.

L'efecte Meissner desapareix quan el camp magnètic és massa intens. Segons com es produeix aquesta desaparició els superconductors es divideixen en dos grups. En els superconductors de tipus I la superconductivitat desapareix sobtadament quan la intensitat del camp magnètic supera un cert valor crític Hc. Segons la geometria de la mostra es pot obtenir un estat intermedi amb regions normals amb camp magnètic mesclades amb regions superconductores sense camp. La majoria de superconductors elementals purs (excepte el niobi, el tecneci, el vanadi i els nanotubs de carboni) són de tipus I.

En els superconductors de tipus II, quan el camp magnètic sobrepassa el valor Hc1 apareix un estat mesclat en què cada vegada més camp magnètic penetra en el material, però segueix havent-hi resistència elèctrica nul·la sempre que el corrent no sigui massa intens. Quan es sobrepassa un segon valor Hc2, superior al primer, la superconductivitat es destrueix del tot. L'estat mesclat és produit en realitat per vòrtexs de camp en els supercorrents, a vegades anomenats fluxons, ja que el seu flux està quantitzat. Gairebé tots els superconductors compostos i impurs són de tipus II.

Teoria de la supercondictivitat

Des del descobriment de la superconductivitat s'han dedicat molts esforços a determinar el mecanisme físic que la provoca. Durant la dècada de 1950 s'arribà a una comprensió sòlida de la superconductivitat convencional, mitjançant dues teories importants: la teoria de Ginzburg-Landau (1950), de caràcter fenomenològic, i la teoria BCS (1957), que descriu el procés bàsic de formació dels parells de Cooper i l'aparició de la superconductivitat.

Després del descobriment el 1987 dels superconductors d'alta temperatura s'intentà generalitzar la teoria BCS per incloure el nou fenomen, però de moment tots els intents han estat infructuosos i és possible que hi entri en joc algun altre mecanisme no considerat.

Materials superconductors

Els elements de la següent llista són superconductors de Tipus I (coneguts):

Substància
Al (alumini)
Am (americi)
Be (beril·li)
Cd (cadmi)
Ga (gal·li)
Gd (gadolini) *
Hf (hafni)
Hg (mercuri) **
In (indi)
Ir (iridi)
La (lantani)
Lu (luteci)
Mo (molibdè)
Nb (niobi)
Os (osmi)
Pa (protoactini)
Pb (plom)
Pt (platí)
Re (reni)
Rh (rodi)
Ru (ruteni)
Sn (estany)
Ta (tàntal)
Tc (tecneci)
Te (tel·luri)
Th (tori)
Ti (titani)
Tl (tal·li)
U (urani)
V (vanadi)
W (tungstè)
Zn (zinc)
Zr (zirconi)

Definició de superconductor

Un superconductor és un compost la propietat més important del qual és conduir el corrent elèctric sense resistència per sota d'una certa temperatura, anomenada temperatura crítica. Tots els superconductors coneguts són sòlids, cap és gas o líquid, i tots requereixen un fred extrem per passar a l'estat superconductor. Una vegada en moviment, el corrent elèctric circularà per sempre en un anell tancat de material superconductor. Els científics es refereixen a la superconductivitat com a un "fenomen quàntic macroscòpic".

Superconductivitat

La superconductivitat és la capacitat intrínseca que posseeixen certs materials per conduir el corrent elèctric amb resistència nul·la en determinades condicions. La superconductivitat es dóna per sota d'una determinada temperatura; no obstant això, no és suficient amb refredar el material, també és necessari no excedir un corrent crític ni un camp magnètic crític per poder mantenir l'estat superconductor.
Aquesta propietat va ser descoberta en 1911 pel físic holandès Heike Kamerlingh Onnes, quan va observar que la resistència elèctrica del mercuri desapareixia quan el refredava a 4 K (-269 °C).

El fenomen es produeix en diversos materials: des d'elements simples, com l'estany i l'alumini, a semiconductors molt dopats i determinats compostos ceràmics que contenen plans d'àtoms de coure i oxigen. No es produeix en metalls com l'or o la plata ni en la majoria de metalls ferromagnètics.

La superconductivitat és un efecte purament quàntic, i no es pot entendre extrapolant les lleis clàssiques de la conductivitat elèctrica i l'electromagnetisme. Actualment, si bé es comprèn perfectament a nivell teòric el fenomen convencional de la superconductivitat, encara no es disposa d'una explicació teòrica per a la superconductivitat d'alta temperatura, descoberta el 1987 i que apareix en la majoria de cuprats.