“ Pasado, presente y futuro de los materiales superconductores ”

“ Pasado, presente y futuro de los “ Pasado, presente y futuro de los materiales superconductores ”materiales superconductores ”

Instituto de Ciencia de Materiales de AragónCSIC- Universidad de Zaragoza

Dr. Agustín Camón

1. ¿ Que es la temperatura ?

Índice

2. ¿ Que es la resistencia eléctrica ?

3. Breve historia de la superconductividad

4. Aplicaciones 5. ¿ Que hacemos en el ICMA ? 6. ¿ Y en el futuro ?

¿ Que es la temperatura ?¿ Que es la temperatura ?

Grados centígrados

Temperatura universo 2.73 K

Kelvin (K)0 273.15 109

0-273.15 109

Bajas temperaturas < 77 K

Temperatura ambiente 300 K

Muy bajas temperaturas < 1 K

“ La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas de la materia ”

- Líquidos criogénicos- Nitrógeno líquido 77 K Barato y sencillo de manejar- Helio líquido 4,2 K Muy caro y difícil de manejar

¿ Como enfriamos ?¿ Como enfriamos ?

Refrigeradores y Criogeneradores

Durante la noche del 12 al 13 de mayo de 2003Durante la noche del 12 al 13 de mayo de 2003este punto fue el mas frío que jamáseste punto fue el mas frío que jamása existido en España. a existido en España. 12 12 mKmK (Record nacional de bajas temperaturas)(Record nacional de bajas temperaturas)

¿ Porqué enfriamos ?¿ Porqué enfriamos ?

“ Para poder observar fenómenos que ocurren“ Para poder observar fenómenos que ocurrena escalas de energías muy pequeñas ”a escalas de energías muy pequeñas ”

UN EJEMPLO: El descubrimiento de la Superconductividad

¿ Que es la resistencia eléctrica ?¿ Que es la resistencia eléctrica ?

e

CALOR10-3 1Ω 1010

Conductor semiconductor aislante

¿ Superconductor?

Kamerlingh Onnes

1911

Leiden (Holanda)

¿ Que pasa con la R de los metales cercadel cero absoluto?

10 de julio de

1907Helio líquido

4,2 K

Johannes Diderik van der Waals

1913: Recibe el premio Nobel por sus trabajos a baja temperatura.

Propiedades de los SuperconductoresPropiedades de los Superconductores

Resistencia eléctrica nula

Expulsan el campo magnético de su interior

Efecto Meissner

( 1933 )

LEVITACIÓN

Un poco de teoríaUn poco de teoría

¿ Por qué? Nace una teoría (1957)

B.C.S.

Tc α ABCNo hay progresos. 1978 23K

Pesimismo

Pares de

Cooper

Premio Nobel 1972

Una esperanzaUna esperanzaENERO1986IBM

Müller y Bednorz( Premio Nobel 1987 )

¡ 28 K!

Una esperanzaUna esperanza

Dudas Confirmación

198639 K

45 K

50 K

Febrero 1987 en Houston Ching-Wu Chu

93 K¡ Nitrógeno Líquido!

Los nuevos materialesLos nuevos materiales

HTcTc > 20K

Compuestos cerámicos ( Perovskitas )

YBaCuO 92 KBiSrCaCuO 110KTlCaBaCuO 128KHgCaCuO 160K

La teoría B.C.S. No sirve¿Existen los superconductores a T ambiente?

¡Sorpresa!¡Sorpresa!

MgB2

Marzo de 2001

Boruro de Magnesio

39 K

¿B.C.S.?

AplicacionesAplicaciones

Hilos superconductoresTransporte de corrienteBobinas superconductorasMotores, generadores y transformadores

12 T9 T

1 MJ

25 KJ

Motores superconductores para barcosMotores superconductores para barcos

AplicacionesAplicaciones

Hilos superconductoresTransporte de corrienteBobinas superconductorasMotores, generadores y transformadores

Dispositivos electrónicosVoltio patrónDetectores

Sensores SQUIDSensores SQUIDSuperconducting QUantum Interference Device

- Geomagnetismo- Biomagnetismo

- Puede detectar campos magnéticos mil millones de veces más pequeños que el campo magnético terrestre (10-15 T). Se puede medir también intensidad, voltaje o resistencia eléctrica.

Sensores SQUIDSensores SQUIDSuperconducting QUantum Interference Device

- Geomagnetismo- Biomagnetismo

- Campo magnético creado por una neurona 2 x 10-18 T

Magnetocardiogramas

Magnetoencefalogramas

TESTES

AplicacionesAplicaciones

Hilos superconductoresTransporte de corrienteBobinas superconductorasMotores, generadores y transformadores

Dispositivos electrónicosVoltio patrónDetectores

Efecto MeissnerLevitaciónApantallamiento de campos magnéticos

Levitación MagnéticaLevitación Magnética

¿ Que hacemos en el ICMA ?FABRICAMOS MATERIALES PARA APLICACIONES

ELÉCTRICAS DE POTENCIA

¿QUÉ HACEMOS EN EL ICMA?Fabricación de cables y cintas con técnicas de polvo en tubo

Único grupo en España que aplica estas técnicas

Bi-2223

MgB2

¿QUÉ HACEMOS EN EL ICMA?

Texturado de materiales con técnicas de fusión zonal

2000 µm

Barras Recubrimientos

¿QUÉ HACEMOS EN EL ICMA?

Mecanizado con técnicas de ablación láser

1 cm

1 mm

α = 90º

¿ Que hacemos en el ICMA ?FABRICAMOS MATERIALES PARA APLICACIONES

ELÉCTRICAS DE POTENCIA

CARACTERIZACIÓN

1

10

100

40 60 80 100 120 140 160

S0S1S2S4

κ eff (W

/m.K

)

T(K)

Prop. Térmicas

Prop.Magnéticas

SEM

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100

E(m

icro

V/cm

)

I(A)

Prop. Eléctricas

Prop. Mecánicas

¿ Que hacemos en el ICMA ?FABRICAMOS MATERIALES PARA APLICACIONES

ELÉCTRICAS DE POTENCIA

CARACTERIZACIÓN

DESARROLLAMOS APLICACIONES

12 T9 T

1 MJ

25 KJ

Barras de alimentación de 600 A

Voltio Patrón

Telescopio Telescopio XeusXeusPunto Lagrange 2

(1.5millones de Km)

Telescopio Telescopio XeusXeus

¿ Y en el futuro ?

Dr. Agustín Camón

PerspectivasPerspectivas

Sistemas sin líquidos criogénicosSistemas sin líquidos criogénicos

Aplicaciones futuristasAplicaciones futuristas

¿ Superconductividad a temperatura ambiente ?¿ Superconductividad a temperatura ambiente ?

?

Instituto de Ciencia de Materiales de AragónCSIC- Universidad de Zaragoza

¿ Alguna pregunta ?¿ Alguna pregunta ?