En este artículo te explicamos qué es un material superconductor y cuáles son sus características. También encontrarás ejemplos de materiales superconductores, cuáles son los diferentes tipos de materiales superconductores y para qué sirven.
Índice
¿Qué son los materiales superconductores?
Los materiales superconductores son aquellos materiales capaces de conducir la corriente eléctrica sin ninguna resistencia ni ninguna pérdida de energía en unas condiciones concretas.
Por ejemplo, el estaño, el aluminio y algunas aleaciones metálicas son superconductores.
En general, la resistividad de los metales disminuye a medida que se reduce la temperatura, no obstante, generalmente hay un valor límite del cual no se puede disminuir más la resistividad. En cambio, la resistencia de un superconductor llega bruscamente a cero cuando el material se enfría por debajo de su temperatura crítica.
Por lo tanto, un material semiconductor no se trata de un conductor cuya resistencia es cercana a cero, sino que la resistencia de un semiconductor es exactamente igual a cero. Esto significa que por un cable de un superconductor puede circular la electricidad de manera indefinida sin fuente de alimentación.
En definitiva, la superconductividad es una propiedad que poseen algunos materiales que les permite hacer fluir la electricidad a través de ellos sin ejercer ninguna resistencia ni provocar pérdidas de energía eléctrica.
Los materiales superconductores fueron descubiertos por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes en 1911.
Ejemplos de materiales superconductores
- Mercurio
- Aluminio
- Estaño
- Plomo
- Wolframio
- Tecnecio
- Vanadio
Características de los materiales superconductores
Los materiales superconductores presentan las siguientes características:
- Ausencia de resistencia eléctrica: la principal característica de los materiales superconductores es que, a temperaturas muy bajas, permiten que la corriente eléctrica fluya sin encontrar ninguna resistencia.
- Expulsión del campo magnético: los superconductores expulsan completamente los campos magnéticos de su interior. Este efecto, conocido como el efecto Meissner, implica que un imán colocado cerca de un superconductor experimentará una fuerza de repulsión.
- Temperatura crítica: la superconductividad generalmente se manifiesta a temperaturas extremadamente bajas. Los primeros superconductores descubiertos requerían temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15°C). Sin embargo, en las últimas décadas se han desarrollado superconductores de alta temperatura que pueden operar a temperaturas más altas, aunque aún bajas en términos prácticos.
- Efecto Josephson: este efecto describe la capacidad de los superconductores para formar pares de electrones que pueden atravesar una barrera delgada, conocida como barrera Josephson, sin experimentar resistencia. Esto se utiliza por ejemplo en tecnologías de detección ultrasensibles.
- Propiedades magnéticas: los materiales superconductores también tienen propiedades magnéticas distintivas, como la posibilidad de formar vórtices magnéticos cuando se someten a campos magnéticos intensos. Estos vórtices son de gran interés para la investigación de la superconductividad.
Cómo obtener materiales superconductores
La obtención de materiales superconductores implica un proceso que combina la selección de elementos químicos adecuados, la síntesis de compuestos específicos y la manipulación de condiciones ambientales.
En primer lugar, se deben elegir cuidadosamente los elementos que constituirán el compuesto superconductor. Esta elección se basa en propiedades como la estructura de banda electrónica, la presencia de electrones de conducción y la propensión intrínseca de los elementos a favorecer la superconductividad.
Una vez seleccionados los elementos, se procede a la síntesis del material. Este proceso implica la combinación controlada de los elementos en proporciones precisas, a menudo mediante técnicas como la fusión de polvos o la deposición de capas finas.
Un aspecto crítico de la obtención de materiales superconductores es la necesidad de enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas. La superconductividad generalmente se manifiesta a temperaturas cercanas al cero absoluto, por lo que se necesita una instalación muy compleja y por tanto costosa. Este paso es esencial para inducir la transición hacia el estado superconductor y garantizar que el material conserve sus propiedades superconductoras.
Si el proceso es exitoso, el resultado es un material superconductor con la capacidad única de transportar corriente eléctrica sin resistencia en un rango de temperaturas críticas.
En general, el proceso de obtención de un material superconductor es muy caro porque se deben conseguir temperaturas extremadamente bajas. No obstante, en los años 80 se descubrieron algunos materiales superconductores de alta temperatura. Esto ha abaratado mucho el coste de estudiar el fenómeno de la superconductividad, lo que podría suponer una revolución. La mayor desventaja de estos materiales es su composición cerámica, lo que dificulta fabricar cables eléctricos.
Tipos de materiales superconductores
Por su comportamiento físico, los materiales superconductores se pueden clasificar en dos tipos:
- Materiales superconductores de tipo I: tienen una única temperatura crítica a partir de la cual cambian bruscamente del estado superconductor al normal y viceversa.
- Materiales superconductores de tipo II: tienen un estado mixto entre el estado superconductor y el estado normal, de manera que tienen una temperatura crítica por debajo de la cual son superconductores y otra temperatura crítica diferente por encima de la cual están en estado normal.
Aplicaciones de los materiales superconductores
Los materiales superconductores tienen diversas aplicaciones en campos tecnológicos, científicos e industriales debido a sus propiedades únicas. A continuación te destacamos algunas de sus aplicaciones:
- Levitación magnética: los materiales superconductores son utilizados en sistemas de levitación magnética, donde la capacidad de expulsar completamente los campos magnéticos permite que objetos superconductores leviten sobre imanes. Esta aplicación se utiliza en trenes de levitación magnética (tren maglev), sistemas de transporte sin fricción y en experimentos científicos.
- Resonancia magnética (IRM): los imanes superconductores se emplean en sistemas de IRM para producir campos magnéticos intensos y estables. Estos imanes permiten obtener imágenes médicas de alta resolución y son esenciales en diagnósticos clínicos avanzados.
- Generación de energía: los cables superconductores pueden transportar grandes cantidades de corriente eléctrica sin pérdida de energía, lo que hace que sean ideales para aplicaciones en generadores eléctricos de alta eficiencia y en sistemas de transmisión de energía.
- Investigación científica: los materiales superconductores son esenciales en experimentos de física de partículas, como aceleradores de partículas, donde los campos magnéticos intensos generados por imanes superconductores dirigen y enfocan partículas subatómicas.
