Introduccin
El doctor H. Kamerlingh Onnes (1856 - 1926), de la Universidad
de Leiden en Holanda, trabaj a principios del Siglo XX en la
investigacin de las propiedades de la materia a bajas temperaturas.
Sus esfuerzos hicieron posible la produccin de helio lquido en
1908, y posteriormente le condujeron al descubrimiento de la
superconductividad en el mercurio al ser enfriado a -269C. Por
estos trabajos de investigacin se le concedi el Premio Nobel de
Fsica en 1913.Pero hasta 1957 no se pudo comprender el origen de
este fenmeno. J. Bardeen, L. Cooper y R. Schrieffer enunciaron la
teora conocida como BCS, en la que se postulaba que en un
superconductor los entes que transportaban la corriente eran
parejas de electrones conocidos como pares de Cooper. Tambin ellos
fueron galardonados con el Premio Nobel en 1972.El ltimo gran hito
de la superconductividad tuvo lugar en 1986 cuando J. C. Bednorz y
K. A. Mller, en unos laboratorios de IBM en Suiza, descubrieron los
materiales superconductores cermicos. Estos materiales han
revolucionado el mundo de la superconductividad al poder trabajar a
temperaturas por encima de la de ebullicin del nitrgeno lquido
(-169C), lo que permite enfriarlos con mucha facilidad y de forma
barata. Estos dos cientficos tambin recibieron el premio Nobel en
1987Estos materiales superconductores han logrado que aumente el
inters tecnolgico para desarrollar un gran nmero de aplicaciones.
Sin olvidar la posibilidad de que en un futuro se puedan descubrir
materiales superconductores a temperatura ambiente, la comunidad
cientfica est realizando un gran esfuerzo para mejorar los sistemas
de refrigeracin y lograr que sea una realidad que estos materiales
se integre en nuestras vidas.
QUE ES SUPERCONDUCTIVIDADPara entender lo que se oculta tras ese
nombre debemos intentar recordar algunos conceptos bsicos. Los
metales son materiales que conducen bien el calor y la
electricidad, y que cuando una corriente elctrica circula por un
hilo conductor, ste se calienta, como ocurre con las estufas y
calentadores elctricos. El fenmeno descrito, conocido como efecto
Joule, se debe a que los metales presentan cierta resistencia al
paso de la corriente elctrica por su interior, ya que cuando se
mueven, chocan con los tomos del material que estn vibrando.En un
material superconductor esto no ocurre, estos materiales no ofrecen
ninguna resistencia al paso de la corriente elctrica continua por
debajo de una cierta temperatura.Los electrones se agrupan en
parejas interaccionando con los tomos del material de manera que
logran sintonizar su movimiento con el de los tomos, desplazndose
sin chocar con ellos.Esto significa que no se calientan, por lo que
no hay prdida de energa al transportar la corriente elctrica debido
al efecto Joule.Materiales Superconductores:Efecto MelssnerUn
material superconductor no solamente no presenta resistencia al
paso de corriente, sino que tambin tiene otra propiedad importante
que es su capacidad para apantallar un campo magntico.Si enfriamos
el superconductor por debajo de su temperatura crtica y lo
colocamos en presencia de un campo magntico, ste crea corrientes de
apantallamiento capaces de generar un campo magntico opuesto al
aplicado. Esto ocurre hasta que el campo magntico alcanza un valor,
llamado campo crtico, momento en el que el superconductor deja de
apantallar el campo magntico y el material transita a su estado
normal.
Superconductores Tipo I y Tipo IIEl hecho de que el
superconductor pueda apantallar totalmente el campo magntico de su
interior se conoce como superconductividad tipo I. Lamentablemente
el campo crtico de estos materiales es tan pequeo que no se pueden
desarrollar aplicaciones tecnolgicas con ellos. Los
superconductores tipo II permiten que el campo magntico pueda
penetrar en su interior sin dejar de ser superconductores. Este
comportamiento se mantiene para campos magnticos cuyo valor puede
ser hasta varios millones de veces el campo magntico terrestre. Los
superconductores tipo I siempre intentan expulsar el campo magntico
de su interior, los de tipo II se oponen a que ste cambie.
Algunas aplicaciones de los superconductoresLa produccin de
grandes campos magnticos:Un ejemplo de la aplicacin de estos
grandes campos magnticos son los equipos de resonancia magntica que
se utilizan en investigacin y los comnmente utilizados en los
hospitales.Conducir corriente elctrica sin prdidas:Los
superconductores permiten conducir la corriente elctrica sin
prdidas, por lo que pueden transportar densidades de corriente por
encima de 2000 veces lo que transporta un cable de cobre.Si
contsemos con generadores, lneas de transmisin y transformadores
basados en superconductores, obtendramos un gran aumento de la
eficiencia, con el consecuente beneficio medioambiental que
supondra el ahorro de combustible, as como su idoneidad para ser
utilizado junto con energas alternativas.Tambin podemos encontrar
materiales superconductores en dispositivos electrnicos. Entre
ellos destacan los llamados SQUIDS, con los que podemos detectar
campos magnticos inferiores a una mil millonsima partes del campo
magntico terrestre. Entre otras aplicaciones, se estn desarrollando
con ellos estudios geolgicos, o incluso encefalogramas sin
necesidad de tocar la cabeza del enfermo.
Los trenes a sustentacin magntica El transporte de levitacin
magntica o Maglev.
Al colocar un material superconductor a temperatura ambiente
sobre una configuracin de imanes, el campo magntico penetra
totalmente en el superconductor.Despus de enfriarlo con nitrgeno
lquido y alcanzar la temperatura crtica, es decir, el estado
superconductor, casi todo el campo magntico permanece dentro del
superconductor, es decir recuerda el campo en el que ha sido
enfriado y se opone a cualquier variacin del mismo. Si en este
estado tratamos de alejarlo del imn, encontraremos una fuerza
atractiva entre ambos, de manera que el superconductor arrastrar al
imn.Si hemos colocado el superconductor a una cierta altura sobre
el imn y lo enfriamos, ste no slo recordar el campo, sino tambin la
altura, en la que se mantendr levitando mientras est por debajo de
la temperatura crtica.Esta propiedad, la levitacin, en la que se
evita el rozamiento con las vas, ya se est aplicando en Japn donde
han fabricado un prototipo de tren basado en levitacin con
superconductores y que ha podido alcanzar los 550 km/h.La levitacin
magntica tambin podra permitir el almacenamiento de energa generada
cuando la demanda fuera baja y que estara disponible cuando se
produjesen picos de demanda.
La fabricacin de cables de transmisin de energaAunque stos ya se
manufacturan a partir de los superconductores convencionales (no de
los nuevos superconductores cermicos), actualmente no son
competitivos comercialmente con respecto a los cables areos
normales, a menos de que cubran una gran distancia (de cientos de
kilmetros), debido a sus bajas propiedades mecnicas (el cable no es
lo suficientemente fuerte). En los casos en que las lneas de
transmisin deben ser subterrneas, se solucionara el problema
mecnico mencionado. La ventaja de la implementacin de
superconductores en lneas de transmisin en resistencia nula
(desarrollada en el inciso 2.1 de este trabajo), evitando las
prdidas de energa tpicas de los conductores de cobre y aluminio
(entre 5 y 8%).La fabricacin de componentes circuitos
electrnicosEstos dispositivos electrnicos fueron ideados
originalmente con la intencin de utilizar la transicin de estado
normal a estado superconductor como un interruptor, mas resultaron
decepcionantes con respecto a los logros alcanzados por los
transistores de pelculas delgadas y se ha abandonado su uso en este
aspecto.Para la construccin de bloques de SQUIDs (dispositivos
superconductores de interferencia cuntica), los magnetmetros ms
sensibles hasta ahora conocidos. Los SQUIDs son usados en los
microscopios de escaneo SQUIDs. Dependiendo del particular modo de
operacin, la juntura Josephson puede ser usada como detector de
fotones o un mezclador. La gran resistencia cambia en la transmisin
desde el normal a los estados superconductores es usado para
construir termmetros en criognicos micro-calormetros detectores de
fotones. Resultan superiores a otras tecnologas y tienen un gran
campo de aplicacin que va desde la deteccin de seales del
infrarrojo lejano que provienen del espacio exterior, hasta
pequesimos campos magnticos que se producen en el cerebro humano.
Tambin la corriente Josephson a voltaje cero depende fuertemente de
un campo magntico aplicado, lo que lleva a la posibilidad de tener
un interesante interruptor para circuitos lgicos en las
computadoras y filtros de microondas para bases de celulares.Por
ltimo, en el 2008 fue descubierto por Valerii Vinokur y Tatyana
Baturina que el mismo mecanismo que produce superconductividad
puede producir estados supe aislantes en determinados materiales,
con casi infinita resistencia elctrica.
