Classificació dels superconductores

Archiu:Caps block 0 -balls.png

Estructura de la ceràmica d'òxit d'itri, bari i coure, més coneguda com YBCO, un eixemple de superconductor de tipo II, no convencional i d'alta temperatura.

Els superconductorés se solen classificar atenent a distints criteris, que poden estar relacionats en el seu comportament físic, la comprensió que tenim d'ells, el cost econòmic per a utilisar-los o el material de que estan fets.

Pel seu comportament físic

• Superconductores de tipo I: són els que tenen un únic camp magnètic crític H_c, i una única temperatura crítica T_c, i passen bruscament de l'estat superconductor al normal en sobrepassar algun d'estos dos valors.

• Superconductores de tipo II: són aquells en els que es poden considerar dos temperatures crítiques T_c1 i T_c2 i dos camps magnètics crítics, H_c1 i H_c2, estant plenament en l'estat superconductor per a un camp magnètic extern per baix de H_c1 i en l'estat normal per damunt de H_c2, trobant-se en un estat mixt quan el camp magnètic es troba entre abdós.

Este criteri es deu al físic Alekséi Abrikósov i va ser propost en 1957. De forma més rigorosa s'ampra el paràmetro de Ginzburg-Landau, de modo que

• si $\kappa <1/\sqrt{2}$ (especialment, si $\kappa \ll 1$) llavors l'energia superficial del superconductor és positiva i es tracta d'un superconductor de tipo I,
• si $\kappa >1/\sqrt{2}$ (especialment, si $\kappa \gg 1$) llavors l'energia superficial del superconductor és negativa i es tracta d'un superconductor de tipo II

Per la teoria que els explica

Làmines de niobi d'1 mm de gruixa. El niobi és un element pur superconductor de baixa temperatura: són els que es poden explicar per mig de la teoria BCS o els seus derivats (lo que significa que els parells de Cooper es formen per l'interacció electró-fonón).

• Superconductores convencionals: es poden explicar per mig de la teoria BCS o els seus derivats (lo que significa que els parells de Cooper es formen per l'interacció electró-fonón).

• Superconductores no convencionals: no es poden explicar per mig de dites teories (és dir, els parells de Cooper no es formen únicament per l'interacció electró-fonón, i ademés intervenen processos magnètics que compliquen el problema).

L'importància d'este criteri de classificació es basa que existix una teoria, la teoria BCS, que explica en èxit les propietats dels superconductores convencionals des de 1957, mentres que no hi ha encara una teoria satisfactòria per als superconductores no convencionals. Per a estudiar els superconductores no convencionals se sol amprar la teoria Ginzburg-Landau, que no obstant és una teoria macroscòpica (és dir, no explica les propietats a partir de primers principis com sí fa la teoria BCS, que és una teoria microscòpica). L'estudi rigorós dels superconductores no convencionals és un problema no resolt en física.

En la majoria dels casos, els convencionals són a la seua volta superconductores de tipo I, pero hi ha algunes excepcions, com per eixemple el niobi o el diboruro de magnesi, que són convencionals i de tipo II.

Per la seua temperatura crítica

• Superconductores de baixa temperatura: solen cridar-se aixina a aquells la temperatura crítica dels quals està per baix dels 77K.
• Superconductores d'alta temperatura: solen cridar-se aixina a aquells la temperatura crítica dels quals està per damunt dels 77K.

La raó per la que se sol prendre dita temperatura està en la facilitat en la que podem gelar el material (marcant una diferència en el preu dels experiments dedicats al seu estudi), ya que per damunt de 77K podem utilisar métodos de gelat de baix cost, com el nitrogen líquit, en lloc d'uns atres com el heli líquit.

Per una atra part els superconductores d'alta temperatura són molt més interessants des del punt de vista de les aplicacions pràctiques, raó per la qual molts centres d'investigació centren els seus esforços en buscar i dissenyar materials que tinguen una temperatura crítica una miqueta més alta.

En algunes ocasions es diu que el diboruro de magnesi (la temperatura crítica del qual és de 39K) és d'alta temperatura, lo que contradiu el criteri ací expost, i de fet no és una afirmació molt rigorosa. La raó d'això és que la seua temperatura és relativament alta comparada en els demés superconductores del seu grup, els superconductores convencionals (la seua temperatura crítica és un 70% més elevada que la del segon del seu grup, el germaniuro de niobi, que té 23K).

Pel material

• Elements purs (si ben no tots els elements purs alcancen l'estat superconductor), la majoria dels superconductores que són elements purs són de tipo I, en l'excepció del niobi, el tecnecio, el vanadi i les estructures de carbono que es mencionen més avall.
• Aleacions, com per eixemple
  • El NbTi (niobi-titani) la propietat del qual superconductora es va descobrir en 1962.
  • El AuIn (or-indi), un superconductor descobert en 1997.
  • El URhGe (aleació d'urani, rodio i germani), del com es va descobrir en 2005 que seguix sent superconductor inclús a elevats camps magnètics (si ben la seua temperatura crítica és molt baixa, uns 0.28K).
• Superconductores orgànics, estructures de carbono (concretament fulerenos i nanotubos). ya que estan composts únicament per àtoms de carbono, tècnicament es poden considerar entre els elements purs, pero al no ser metals es poden posar com un grup aparte. Note's que atres estructures de carbono pur com el diamant i el grafit mai són superconductoras.
• Ceràmiques entre les que tenim
  • El grup YBCO, conegut per les seues sigles angleses per a òxits d'itri, bari i coure, són tota una família de materials molt complexos, i els superconductores d'alta temperatura més coneguts (en una temperatura crítica entorn a 95K).
  • El diboruro de magnesi (MgB₂), la seua temperatura crítica és 39K.