i superconductivitat | enciclopèdia.cat

OBRES

OBRES

Divulgació científica
Estadístiques

Gran enciclopèdia catalana

superconductivitat

substantiu femeníf
Electrònica i informàtica
electricitat elect
Propietat que tenen certes substàncies de presentar una conductivitat elèctrica molt elevada que els permet de transportar corrents elèctrics sense pèrdua d’energia i d’obtenir camps elèctrics intensos sense escalfament dels enrotllaments.

Fou descoberta el 1911 per H.Kanenlingh-Onnes i és una propietat característica d’alguns metalls i aliatges. Un dels més utilitzats actualment és l’aliatge niobi-estany, que és superconductor a uns —255°. El fet d’haver de mantenir aquestes baixes temperatures (properes al 0 absolut), per a garantir la superconductivitat en aquests materials, és tècnicament difícil i econòmicament costós, i això ha estat, fins fa pocs anys, un obstacle per al desenvolupament d’una gran quantitat d’aplicacions relacionades amb aquest fenomen. El descobriment de J.G. Bednorz i K.A. Müller d’un material superconductor a 30 K significà un lleuger ascens de la temperatura en la qual es manifesta aquest fenomen, però també obrí la línia a una nova sèrie de materials superconductors. El material contenia bari lantà, coure i oxigen, en l’estructura anomenada de perovskita. A més de trobar nous materials superconductors, els investigadors han intentat aprofundir en el coneixement teòric d’aquest fenomen. Els composts amb tal.li i amb bismut han permès fer avenços en la comprensió del mecanisme del fenomen i la seva desaparició a temperatures encara relativament baixes. En aquests materials es troben làmines d’àtoms d’oxigen i de coure i la temperatura crítica (en la qual el material deixa d’ésser superconductor) augmenta com més làmines hi ha a la cel.la unitat. Amb una làmina és de 20-95 K i per tres làmines passa a ésser de 125 K. Amb cinc o més làmines, la temperatura crítica torna a baixar. Fins ara, la superconductivitat era descrita per la teoria BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer), la qual proposa que es formen uns parells d’electrons (parells de Cooper) que permeten que el corrent circuli sense trobar obstacles. Però la teoria BCS no explica satifactòriament tots els casos de superconductivitat. En el cas d’aquests materials cal estudiar no solament la temperatura crítica, sinó també altres paràmetres, com el camp magnètic crític (Hc), que és el màxim valor de camp magnètic amb el qual el material roman superconductor, i la densitat crítica de corrent (J&csub), que és la màxima densitat de corrent que un superconductor pot transportar. Si hom fa una representació d’aquest valors en tres eixos de coordenades tindrà una zona en forma d’1/8 d’esfera que assenyala les úniques combinacions possibles d’aquests valors que permeten observar superconductivitat. Així, si un dels paràmetres augmenta molt, el valor dels altres dos ha de disminuir. Per a certs valors d’algun dels tres no pot haver-hi superconductivitat, sigui quin vulgui el valor dels altres dos. El panorama experimentà un canvi radical, quan al final del 1985, K.A.Müller i J.G.Bednorz (físics del laboratori de la IBM a Zuric), experimentant amb composts òxids, obtingueren un material ceràmic compost de bari, lantani, coure i oxigen que presentava la propietat superconductora a -230°C. Aquest descobriment, que els valgué el premi Nobel de física l’any 1987, féu que un gran nombre de laboratoris universitaris, entre ells els de les universitats catalanes, i industrials es dediquessin a la recerca de nous materials. P.Chu, de la Universitat de Houston, fou el primer a trobar, pel febrer del 1987, un nou compost amb propietats superconductores a —175°C. El comportament dels superconductors davant un camp magnètic fou descrit pels científics russos A.A.Abrikosov, V.L.Ginzburg i L.L.Landau. Hom ha aconseguit l’augment de les temperatures crítiques dels superconductors deixant de banda els materials tradicionals, és a dir, metalls i aliatges metàl·lics. Els materials ceràmics semblen més prometedors per a l’obtenció de superconductors a temperatura ambient, que és l’objectiu final de la recerca. El d’aquests materials és que la seva estructura interna ha d’ésser molt exacta, ja que petites modificacions poden provocar la pèrdua de la superconductivitat. Pel que sembla, aquesta qüestió es troba en fase de solució gràcies a l’addició de matèries dopants. Hom ha augmentat la intensitat del camp magnètic que poden suportar i la intensitat de camp elèctric que poden transmetre pel procediment d’immobilitzar el material en capes de substrat perfectament alineades. Un altre problema és que els materials ceràmics són durs, però fràgils, per la qual cosa resulten difícils de fer servir en determinades operacions. El fet d’haver trobat materials amb propietats superconductores a temperatures relativament fàcils d’assolir i de mantenir, obre un gran ventall de perspectives d’utilització, com ara la conducció de l’energia elèctrica (avui dia, més del 20% de l’energia enviada a través de les línies d’alta tensió és perduda en forma de calor —efecte Joule—; amb línies de transmissió de cables superconductors hom podria reduir notablement els costs pel fet de no haver-hi pèrdua d’energia). Entre les aplicacions actuals dels materials superconductors cal esmentar els trens experimentals que leviten sobre coixins magnètics, acceleradors gegants de partícules i aparells de ressonància magnètica nuclear per a aplicacions mèdiques. Si es confirmen els actuals avenços científics, ultra el perfeccionament de les aplicacions esmentades, la superconductivitat podria tenir-ne d’altres: mesura de camps magnètics, cotxes elèctrics pràctics, ordinadors molt més potents i encara més petits que els actuals, reactors per a produir electricitat per fusió nuclear i no per fissió com els actuals, etc. Al principi del 2008 el grup d’Hideo Hosono de l’Institut de Tecnologia de Tòquio descobrí una nova família de materials superconductors d’alta temperatura crítica, diferent de les perovskites. Es tracta dels pnicurs de ferro (compostos amb un element del grup del nitrogen −essent particularment populars l’arsènic, l’antimoni i el bismut− i ferro, com ara PrOFFeAs). El més sorprenent d’aquests compostos és la presència del ferro, un element ferromagnètic, ja que fins ara hom havia pensat que magnetisme i superconductivitat no anaven junts. La recerca amb aquests nous materials ha de permetre entendre millor la interacció entre els dos fenòmens i, així, arribar a una comprensió teòrica satisfactòria de la superconductivitat d’alta temperatura.

Col·laboració: 
ACCa

Llegir més...