{"id":132181,"date":"2011-03-13T21:02:38","date_gmt":"2011-03-13T20:02:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/quimicaysociedad\/?p=132181"},"modified":"2011-03-13T21:07:09","modified_gmt":"2011-03-13T20:07:09","slug":"cien-anos-de-superconductividad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/quimicaysociedad\/2011\/03\/13\/132181","title":{"rendered":"Cien a\u00f1os de superconductividad"},"content":{"rendered":"

Este a\u00f1o se cumple el centenario del descubrimiento de la superconductiviad. A continuaci\u00f3n se incluye un art\u00edculo escrito por las profesoras M\u00aa Teresa Mart\u00edn y Manuela Mart\u00edn S\u00e1nchez describiendo el descubrimiento y los experimentos realizados para entender el fen\u00f3meno; as\u00ed como un resumen de las investigaciones actuales sobre el tema.
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CIEN A\u00d1OS DE SUPERCONDUCTIVIDAD<\/strong><\/p>\n

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Maria Teresa Mart\u00edn S\u00e1nchez (mtmartin@ono.com<\/a>) y Manuela Mart\u00edn S\u00e1nchez (mmartins@edu.ucm.es<\/a>)<\/strong> <\/strong><\/p>\n

Entre 1900 y 1905 Heike Kamerling Onnes<\/a> (1853-1926) dise\u00f1o aparatos que le permitieran obtener helio l\u00edquido y utilizar ba\u00f1os de helio l\u00edquido para poder medir la resistencia de distintos metales mediante un puente de Wheatstone<\/a>. En septiembre de 1907\u00a0 despu\u00e9s de que \u00e9l y sus colaboradores hab\u00edan medido la resistencia del platino, en hidr\u00f3geno l\u00edquido, y comprobado como variaba\u00a0 de 0 \u00baC a -191 \u00baC dice que \u201cabandona su idea de 1904 en la que cre\u00eda que la resistencia de los metales iba disminuyendo hasta un valor m\u00ednimo pero que a la temperatura T = 0 K se hacia infinita porque los electrones no se pod\u00edan desplazar, se quedaban congelados\u201d y relaciona la resistencia con la vibraci\u00f3n de los electrones.<\/p>\n

El 10 de Julio de 1908 Kamerling\u00a0 Onnes consigui\u00f3 por primera vez licuar el helio que a la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica herv\u00eda a \u2013 269 \u00baC. Una vez que consiguieron producir helio l\u00edquido y medir con precisi\u00f3n temperaturas de ese orden comenzaron a estudiar las propiedades el\u00e9ctricas, t\u00e9rmicas y mec\u00e1nicas de los materiales a temperaturas que solo se pod\u00edan alcanzar utilizando helio l\u00edquido como refrigerante.<\/p>\n

Uno de los temas de investigaci\u00f3n fue la resistividad de metales ultrapuros y el 8 de abril de 1911, <\/strong>mientras estudiaban la resistividad de una muestra de mercurio ultrapuro, cuando la temperatura baj\u00f3 alrededor de -269\u00baC, Onnes y sus colaboradores\u00a0 observaron que la resistividad bajaba pr\u00e1cticamente a cero, hab\u00eda disminuido en seis ordenes de magnitud. En una comunicaci\u00f3n de abril de 1911<\/strong> indica que el experimento con mercurio puro ha demostrado sus predicciones, la resistencia del mercurio puro es mucho mas baja a la temperatura del punto de ebullici\u00f3n del helio que a la temperatura del hidr\u00f3geno .Experimentalmente han comprobado que a 13.9 K es a\u00fan 0.034 veces la resistencia del mercurio s\u00f3lido a 0\u00baC y\u00a0 mientras que a 4,3 K es solo 0,0013 y a 3 K es menos de 0,0001.<\/p>\n

Sigue diciendo que queda comprobado experimentalmente que un metal muy puro se puede llevar a condiciones en que su resistencia sea cero. La confirmaci\u00f3n de esa predicci\u00f3n le lleva a opinar que la resistencia de los metales muy puros es funci\u00f3n de los \u201cvibradores de Planck\u201c, a los que se refiere en su teor\u00eda de la radiaci\u00f3n. A\u00f1ade\u00a0 que esta teor\u00eda de los vibradores la han aplicado tambi\u00e9n Einstein al calor espec\u00edfico de los s\u00f3lidos y Nernst al de los gases.<\/p>\n

En relaci\u00f3n con este tema, aparecen varias comunicaciones de Kamerling Onne, pero todas ellas las expone de forma resumida en la primera conferencia Solvay<\/a> que se celebr\u00f3 en el Hotel Metr\u00f3pol de Bruselas\u00a0 del 29 de octubre al 4 de noviembre de 1911.<\/strong> Kamerling Onnes inicia su intervenci\u00f3n titulada \u201cSobre las resistencias el\u00e9ctricas<\/strong>\u201d diciendo \u201cme creo en el deber de atribuir a las impurezas el valor l\u00edmite de la resistencia encontrado por Nernst para el aluminio. Yo he comprobado esto en el oro y el platino a la temperatura del helio l\u00edquido. En mis investigaciones con la ayuda de Clay he comprobado que la resistencia limite a la temperatura del hidr\u00f3geno l\u00edquido es mucho menor si los metales son m\u00e1s puros\u201d.<\/em> A continuaci\u00f3n explica que trabaja con mercurio porque es el metal que ha conseguido de mayor pureza y que su resistencia, cuando es extremadamente puro, es pr\u00e1cticamente nula y no duda que lo mismo suceder\u00e1 con el resto de los metales.<\/p>\n

Atribuye este tipo de comportamiento, a la temperatura del hidr\u00f3geno s\u00f3lido, a un tipo de congelaci\u00f3n de los electrones de los \u00e1tomos. Incluso indica esta parada de los electrones se debe como a una congelaci\u00f3n de las oscilaciones de las que habla Planck. Y no duda de que los obst\u00e1culos del movimiento de los electrones se deben a estas oscilaciones Indica que este comportamiento cerca del cero absoluto es similar a lo que sugieren Einstein y Nernst sobre los calores espec\u00edficos e ilustra sus hallazgos con las curvas obtenidas por Clay en los trabajos experimentales y que se indican en la siguiente gr\u00e1fica; d\u00f3nde se comprueba como al bajar la temperatura\u00a0 a 4 K\u00a0 la resistencia\u00a0 en el mercurio cae hasta cero.<\/p>\n

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LANGEVIN, P.; DE BROGLIE, M. (eds.) (1912): La th\u00e9orie du rayonnement et les quanta (Rapports et discussions de la reunion t\u00e9nue \u00e0 Bruxelles, du 30 octobre au 3 novembre 1911). Paris, Gauthier-Villars.<\/strong><\/p>\n

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Es curioso que en la reuni\u00f3n Solvay adem\u00e1s de Heike Kamerlingh Onnes estaban ocho cient\u00edficos\u00a0 que ya hab\u00edan conseguido el Premio Nobel o lo iban a conseguir: Hendrik Antoon Lorentz<\/a> (1853-1928), Wilhelm Wien<\/a> (1864- 1928), Marie Curie<\/a> (1867-1934), Ernest Rutherford<\/a> (1871-1937), Kamerling\u00a0 Onnes<\/a> (1853- 1926), Max Planck<\/a> (1858-1947), Walter Nernst<\/a> (1864-1941), Jean Perrin<\/a> (1870 -1942) y Albert Einstein<\/a> (1879-1955). En la discusi\u00f3n posterior a la ponencia, \u00fanicamente le interpel\u00f3 Langevin diciendo que si este cambio de conductividad en las proximidades del cero absoluto no se podr\u00eda deber a un cambio de volumen al cambiar de estado, que al cambiar el\u00a0 volumen cambie tambi\u00e9n la conductividad por una alteraci\u00f3n en el n\u00famero de electrones libres y todo se debiera al aumento de este n\u00famero. A esta intervenci\u00f3n \u00fanicamente contesta el propio Kamerling Onnes diciendo que tiene la seguridad de que este fen\u00f3meno est\u00e1 en relaci\u00f3n con la teor\u00eda de Planck.<\/p>\n

A Kamerling\u00a0 Onnes se le otorg\u00f3 el premio Nobel de F\u00edsica de 1913 por estos descubrimientos.<\/p>\n

Una idea de la importancia del tema queda clara si se\u00a0 hace una revisi\u00f3n de todos los Premios Nobel que durante estos cien a\u00f1os\u00a0 han reca\u00eddo sobre descubrimientos relacionados con este tema. Han sido galardonados con el Premio Nobel de F\u00edsica de los a\u00f1os 1913<\/a> (Kamerling Onnes), 1972<\/a> (Bardeen, Cooper y Schrieffer, por la teoria BCS), 1973<\/a> (Josephson, por el efecto Josephson), 1987<\/a> (M\u00fcller y Bednorz, por los superconducores de altas temperaturas) y 2003<\/a> (Abrik\u00f3sov, Ginzburg y Leggett, por la superconductividad-superfluidez-v\u00f3rtices de Abrikov).<\/p>\n

El IOP (Institute of Physics) para celebrar el centenario de la superconductividad ha decidido dejar en abierto durante todo el 2011, en su web<\/a> los 25 art\u00edculos m\u00e1s importantes sobre este tema que han aparecido en las revistas Superconductor Science and Technology<\/em>, Journal of Physics, Condensed Matter<\/em>, New Journal of Physics<\/em>, EPL <\/em>and Physica Scripta <\/em> y en la presentaci\u00f3n de esta p\u00e1gina Peter Hirschfeld, \u00a0del New Journal of Physics,<\/em> dice que han pasado muchos a\u00f1os desde que en 1961 Brian Pippard en su famoso conferencia titulada de \u201cCat and the Cream\u201d que pronuncio en IBM, cuatro a\u00f1os despu\u00e9s de la publicaci\u00f3n de la teor\u00eda BCS, dijera que los problemas esenciales de la F\u00edsica de bajas temperaturas ya hab\u00edan sido resueltos la situaci\u00f3n actual nos indica c\u00f3mo los descubrimientos siguen sobre todo en los departamentos universitarios y en los laboratorios gubernamentales aunque los laboratorios de la industria casi han desparecido de la escena. Trabajos sobre fermiones pesados, cupratos, rutenatos fullerenos borados, boruro de magnesio, materiales\u00a0 derivados del hierro, compuestos org\u00e1nicos, etc. dominan las publicaciones de las tres \u00faltimas d\u00e9cadas\u00a0 y\u00a0 casi cada descubrimiento de una nueva clase de superconductores obliga a\u00a0 reexaminar los paradigmas te\u00f3ricos.<\/p>\n

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Paul Ehrenfest, Hendrik Lorentz, Niels Bohr y Heike Kamerlingh Onnes en 1919 en el Laboratorio Criog\u00e9nico de Leiden (tomada de Wikipedia)<\/strong> <\/sup><\/p>\n

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