Los superconductores son materiales que logran superconductividad, Estado de la materia No tiene resistencia eléctrica y no transmite campos magnéticos. Regalo Los superconductores pueden vivir indefinidamente.
Por lo general, la superconductividad solo se puede lograr a temperaturas extremadamente bajas. para superconductores Máquina de resonancia magnética Para vagones con actuadores lineales de alta velocidad que utilizan imanes para sacar los trenes de la vía y reducir la fricción. Los investigadores ahora están tratando de encontrar y desarrollar superconductores de alta temperatura que revolucionarán el transporte y almacenamiento de energía.
¿Quién descubrió la superconductividad?
Lograr el descubrimiento de la superconductividad El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes… en 1911, Onness estaba estudiando las propiedades eléctricas de Mercurio Cuando descubrió en su laboratorio de la Universidad de Leiden en los Países Bajos que la resistencia eléctrica del mercurio había desaparecido por completo cuando lo dejó caer. la temperatura Por debajo de 4,2 K: solo 4,2 grados Celsius (7,56 grados Fahrenheit) por encima del cero absoluto.
Para confirmar este hallazgo, Onness activó una muestra de mercurio sobreenfriado y separó la batería. Descubrió que la corriente en el mercurio continuaba sin disminuir, confirmó la ausencia de resistencia eléctrica y abrió la puerta a futuras aplicaciones de la superconductividad.
La historia de la superconductividad
Los físicos han pasado décadas tratando de comprender la naturaleza y las causas de la superconductividad. Descubrieron que muchos elementos y materiales, pero no todos, se vuelven superconductores cuando se enfrían por debajo de una determinada temperatura crítica.
En 1933, los físicos Walther Meissner y Robert Oschenfeld descubrieron que los superconductores «emitían» un campo magnético cercano. En otras palabras, el campo magnético débil no puede penetrar profundamente en el superconductor. Hiperfísica, un sitio web educativo para el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de Georgia. Este fenómeno se llama efecto Meissner.
No fue hasta 1950 que los físicos teóricos Lev Landau y Vitaly Ginsberg publicaron su teoría sobre cómo funcionan los superconductores. Sitio web del Premio NobelSi bien lograron predecir las propiedades de los superconductores, su teoría era «microscópica». Es decir, nos centramos en el comportamiento a gran escala de los superconductores sin saber qué estaba pasando a nivel microscópico.
Finalmente, en 1957, los físicos John Bardeen, Leon N. Cooper y Robert Shriver desarrollaron una teoría microscópica completa de la superconductividad. Para crear una resistencia eléctrica electrónico Necesitas saltar libremente al metal. Pero cuando los electrones dentro del metal se enfrían increíblemente, se emparejan y evitan que reboten nuevamente. Estos pares de electrones, llamados pares de Cooper, son muy estables a bajas temperaturas y no tienen resistencia eléctrica porque no hay electrones de rebote «libres». Bardeen, Cooper y Shriver combinaron estos elementos para formar una teoría conocida como teoría BCS, que fue publicada en la revista. carta de revisión física..
¿Cómo funcionan los superconductores?
Cuando el metal cae por debajo de la temperatura crítica, los electrones del metal forman un enlace llamado par de Cooper. Cuando están confinados de esta manera, los electrones no pueden proporcionar resistencia eléctrica y la electricidad puede fluir completamente a través del metal. Universidad de Cambridge..
Sin embargo, esto solo funciona a temperaturas más bajas. Si el metal se calienta demasiado, los electrones tienen suficiente energía para romper el enlace del par de Cooper y regresar para proporcionar resistencia. Entonces, en su primer experimento, Onness descubrió que el mercurio se comporta como un superconductor a 4,19 K, pero no a 4,2 K.
¿Para qué se utilizan los superconductores?
Es muy probable que te hayas topado con un superconductor sin darte cuenta. Para generar los fuertes campos magnéticos utilizados en la resonancia magnética (MRI) y la resonancia magnética (NMRI), el dispositivo Mayo ClinicEstos poderosos electroimanes derriten metales ordinarios debido al calor de menor resistencia. Sin embargo, dado que los superconductores no tienen resistencia eléctrica, no generan calor y los electroimanes pueden generar los campos magnéticos requeridos.
Electroimanes superconductores similares se utilizan en automóviles con actuadores lineales, reactores de fusión experimentales y laboratorios de aceleradores de partículas de alta energía. Los superconductores también se utilizan en cañones electromagnéticos y pistolas de bobina, estaciones base de telefonía móvil, circuitos digitales de alta velocidad y detectores de partículas.
Básicamente, si necesita un campo magnético o corriente muy fuerte y no quiere que el dispositivo se derrita en el momento en que lo enciende, necesita un superconductor.
Debido a las propiedades únicas de las corrientes superconductoras, se pueden usar para construir computadoras cuánticas ”, dijo Alexei Bezridin, físico de materia condensada de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
«Estas computadoras están hechas de qubits o qubits. A diferencia de los bits de información tradicionales, los qubits pueden existir en un estado de superposición cuántica de 0 y 1 al mismo tiempo. Los dispositivos superconductores pueden simular esto», dijo Bezerdin a WordsSideKick.com. .. «Por ejemplo, la corriente en un bucle superconductor puede fluir en sentido horario y antihorario al mismo tiempo. Tal caso es un ejemplo de un qubit superconductor».
¿Cuál es la información más reciente sobre la investigación de superconductores?
«Actualmente, la superconductividad solo existe a temperaturas muy bajas o presiones muy altas, por lo que el desafío número uno para los investigadores de hoy es superconducir en condiciones ambientales», dijo Mehmet Dogan, becario postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley. Es el desarrollo del artículo que es. «El próximo desafío es explicar cómo funcionan los nuevos superconductores y desarrollar teorías para predecir las propiedades de estos materiales», dijo Duggan a WordsSideKick.com en un correo electrónico.
Los superconductores se dividen en dos categorías principales: superconductores criogénicos (LTS), también conocidos como superconductores convencionales, y superconductores de alta temperatura (HTS) o superconductores no convencionales. LTS se puede explicar mediante la teoría BCS, que explica cómo los electrones forman pares de Cooper, pero HTS utiliza otros métodos microscópicos para lograr una resistencia cero. El origen de HTS es uno de los principales problemas abiertos de la física moderna.
La mayor parte de la investigación histórica sobre superconductividad se ha dirigido hacia LTS. Debido a que estos superconductores son mucho más fáciles de detectar y estudiar, casi todas las aplicaciones de superconductividad involucran LTS.
Por el contrario, HTS es un área activa y apasionante de la investigación moderna. Cualquier cosa que actúe como superconductor por encima de 70 K generalmente se considera HTS. Todavía hace mucho frío, pero esta temperatura es deseable ya que se puede alcanzar enfriando con nitrógeno líquido. El nitrógeno líquido es más común y fácilmente disponible que el helio líquido, y se requiere para enfriar a las temperaturas más bajas requeridas para LTS.
El futuro de los superconductores
El «santo grial» de la investigación de superconductores es encontrar materiales que puedan actuar como superconductores a temperatura ambiente. hasta ahora, La temperatura máxima superconductora Se alcanzó con hidruro de azufre de carbono altamente presurizado y alcanzó la superconductividad a 59 F (15 C, o aproximadamente 288 K), lo que requiere una presión de 267 GPa. Su presión es comparable a la presión interna de un planeta gigante como Júpiter, lo cual no es práctico para las aplicaciones diarias.
Los superconductores a temperatura ambiente permiten la transferencia de energía con pérdidas y por goteo, el uso de ferromagnetos más eficientes y un uso más barato y generalizado de la tecnología de resonancia magnética. Los usos prácticos de los superconductores a temperatura ambiente son infinitos. Los físicos deben comprender cómo funcionan los superconductores a temperatura ambiente y qué materiales «suaves» permiten la superconductividad.
