NUEVOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES - SUPERCONDUCTORES NO CONVENCIONALES
SUPERCONDUCTORES NO CONVENCIONALES
¿Este segundo tipo de superconductores podrá abaratar los costes de transporte terrestre y de fabricación en las distintas áreas?
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| Alexie A. Abrikosov. Nobelprize |
1.Alexei A. Abrikosov
Alexei A. Abrikosov fue un científico que a los veinte años empezó a realizar un estudio postgrado, luego trabajo con otros científicos en la comprobación de la teoría de Ginzburg-Landau, anteriormente mencionada. Entonces una vez comprobada decidió empezar a desarrollar la teoría Ginzburg-Landau, esta fue determinante en la concepción de la un nuevo tipo de superconductor que no solo tenía un estado superconductor que se podía romper; además tenía un estado nunca antes visto en el que el propio material dejaba pasar la corriente a través de él.2.Tipos de superconductores no convencionales
Dentro de los superconductores no convencionales existen varios tipos, con una temperatura crítica más alta que la de los convencionales:Los superconductores de óxido de cobre: uno de las características de este tipo de materiales es que tendrían que ser conductores pero en realidad actúan como un aislante. Para conseguir que se convierta en un superconductor, lo dopan químicamente para que sea conductor, en este proceso se intercambian un elemento por otro con un número diferente de valencias. Para ello se utiliza un campo eléctrico Cuando ya es conductor se somete a 95 K siendo esta la temperatura a la que aparece la superconductividad creando un material superconductor.
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| YBa2Cu3O7 es un ejemplo de superconductor de óxido de cobre. wp.icmm.csic |
Los superconductores de hierro: son antiferromagnéticos en su estado natural, es decir, todos los átomos adyacentes unos de otros son opuestos haciendo difícil su magnetización. Al ser dopados cuando la presión aumenta desaparece el antiferromagnetismo y se convierte en un superconductor. LaOFeAs es un ejemplo de superconductores de hierro, cuando no está dopado hay un cambio estructural a una temperatura de 155 K; a una temperatura menor de 137K aparece una unión entre electrones, sin seguir la teoría BCS, que dan lugar a la superconductividad.
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| Antiferromagnetismo. wp.icmm.csic |
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| Estructura LaOFeAs. Neofronteras |
3. Propiedades superconductividad no convencional
3.1. Campos magnéticos críticos
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| Diagrama de los dos campos magnéticos críticos. Biblioteca digital |
El estado mixto aparecen vórtices que son tubos que atraviesan el material por los que el campo magnético pasa . Estos se disponen en un sistema triangular llamado Red de Abrikosov.
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| Muestra como son los vórtices. Wp.icmm.csic |
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| Red de Abrikosov. fnn.ub |
3.2. Efecto Josephson
Este efecto está presente en los superconductores no convencionales cuando a dos materiales en estado superconductor separados por un material no superconductor de unos nanómetros de espesor. Sin inducir ninguna corriente o voltaje los pares de Cooper tienen la propiedad de atravesar el material no conductor por efecto túnel, siendo así, los pares de Cooper pasan a través del material no conductor al otro superconductor dando lugar a una corriente. Esta genera un patrón de voltaje con el que se puede detectar un campo magnético débil e interpretar las variaciones. |
| Union josephson con efecto tunel. Hyperphysics |
3.3. Procesos zero field cooled y field cooled
La forma en la que los superconductores no convencionales actúan no se entiende con toda su complejidad en este momento. Pero sí que hemos podido encontrar una uniformidad en el comportamiento de los superconductores en estos dos procesos: proceso field cooled y zero field cooled. Se basan en el comportamiento que tienen materiales superconductores enfriados sin y con campos magnéticos a la variación de un campo magnético externo.3.3.1. Proceso Zero Field cooled
En este procedimiento se enfría el superconductor hasta una temperatura de 2 K sin ningún campo magnético afectándole incluyendo la gravedad. Una vez que esta enfriado, se encuentra en el efecto Meissner-Ochsenfeld y al acercar el imán lentamente al superconductor causa las corrientes de apantallamiento para evitar que el campo del imán entre en su interior. Con lo único que podemos influir en este proceso las variables son con el campo magnético:
-Si el campo magnético disminuye el propio material inducirá corrientes de sentido contrario en los extremos aumentando conforme el campo magnético vaya disminuyendo hasta que se anulen los campos en los extremos produciendo un campo negativo.
-Si el campo magnético se quita, las corrientes siguen indefinidamente al no poder ser disipadas con calor convirtiendo al material superconductor en un imán permanente mientras se mantengan las condiciones ideales para que se dé el efecto Meissner-Ochsenfeld.
3.3.2. Proceso Field cooled
En este proceso se enfría el superconductor en presencia de un campo magnético constante lo que hace que este penetre en el centro del material anulando las corrientes y penetrando en el material hasta su interior. Según se cambian algunos aspectos el material superconductor actúa de diferentes formas:-Si alejamos el imán se crean corrientes de sentido contrario para oponerse a esta variación.
-Si anulamos el campo magnético es un imán permanente mientras se mantengan las condiciones ideales.
-Si se reduce el campo magnético se produce una magnetización negativa en el superconductor hasta que llega a su centro del material.
4. Características de superconductores no convencionales
En este segundo tipo de superconductores lo que hace que sea diferente es la creación de vórtices y la posibilidad del efecto superconductor a una mayor temperatura critica con todo lo que ello acarrea. El efecto Josephson podemos detectar campos magnéticos débiles, a través de los procesos zero field cooled y field cooled podemos encontrar la relación que existe entre la variación de un campo magnético externo con un material enfriado con un campo magnético y otro sin ningún campo magnético. Pero como he indicado anteriormente falta investigación para entender el proceso por el cual pueden tener una mayor temperatura crítica.5. Aplicaciones superconductores no convencionales
La superconductividad en estos momentos está siendo usada de una manera experimental aunque también son usados en algunas maquinas. Una vez que entendamos como se origina la superconductividad no convencional podremos conseguir más aplicaciones:Se piensa en que se podrá conseguir motores con gran rendimiento; porque en los que hoy se están comercializando contienen bobinas de cobre, que debido a su resistencia eléctrica parte de la potencia suministrada se transforma en calor, pero con materiales superconductores podrán funcionar con una menor potencia al no existir la resistencia en las bobinas. Todo esto ayudará a crear motores más pequeños.
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| Cable superconductor. nanotecnología |
Los dispositivos SQUID son dos superconductores separados por varias capas de aislante por dónde se produce el efecto Josephson. Por el superconductor pasa una corriente constante que produce un voltaje constante pero cuando detecta un campo magnético varia el voltaje y por consiguiente su frecuencia siendo esta variación detectada por una maquina. Este tipo de dispositivos son utilizados en resonancias magnéticas.
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| Dibujo de un dispositivo SQUID. FRANCIS NAUKEAS |
Concluisón
Las características que tienen los superconductores no convencionales son impresionantes, con las que nos pueden conducir a aplicaciones que harían nuestro método de transporte y nuevos dispositivos más fácil.
A través de todo este trabajo veo con grandes posibilidades que la superconductividad sea una posible solución para algunos de los problemas que tenemos hoy en día y mejorar muchos otros.
A través de todo este trabajo veo con grandes posibilidades que la superconductividad sea una posible solución para algunos de los problemas que tenemos hoy en día y mejorar muchos otros.
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