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Actualidad científica

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  • Octubre 2016Nº 23

Materiales

Vórtices en superconductores

En la mayoría de los superconductores, la aplicación de un campo magnético produce remolinos de supercorrientes. Al moverse por el material, estos vórtices generan nuevos efectos de interés, tanto para la ciencia básica como para la aplicada.

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Vórtice es sinónimo de remolino, torbellino. Entre las primeras acepciones de remolino encontramos: movimiento giratorio y rápido del aire, el agua, el polvo, el humo, etcétera. Dentro de ese "etcétera" incluiremos aquí unas estructuras muy peculiares que aparecen en cierto tipo de superconductores y cuya explicación, dada en 1957, le valió en 2003 el premio Nobel de física a Alexei A. Abrikosov.

Cada vez que abrimos un grifo y dejamos escapar el agua por el desagüe vemos un vórtice. Menos cotidiano es el vórtice producido por un tornado. De estos dos ejemplos podemos concluir que los vórtices se nos ofrecen en fenómenos físicos muy diversos, con orígenes y tamaños dispares. Nos ceñiremos en este artículo a vórtices microscópicos asociados a fenómenos de tipo cuántico en distintos tipos de materia, por ejemplo en líquidos cuánticos (el helio) y en algunos sólidos a bajas temperaturas. En concreto, nos vamos a limitar a analizar determinados aspectos de los vórtices que aparecen en los superconductores de baja temperatura. Quedan fuera de este artículo las propiedades específicas de los vórtices de los superconductores de alta temperatura. En estos materiales, las temperaturas superconductoras, hasta de 100 kelvin (-173 grados centígrados), son lo bastante altas para que los vórtices se comporten como materia blanda, en la que las fluctuaciones térmicas desempeñan un papel preponderante. No es éste el caso de los vórtices que abordaremos.

Superconductividad: un fenómeno cuántico a escala macroscópica
En 1911 Kamerlingh Onnes y sus colaboradores descubrieron que el mercurio a 4,2 kelvin (–268,8 oC) conduce la electricidad sin disipación, es decir, con resistencia cero. Este fenómeno, explicado por la teoría microscópica de la superconductividad de Bardeen, Cooper y Schrieffer (así llamada en honor de sus creadores John Bardeen, Leon N. Cooper y John R. Schrieffer, por la que se les concedió el Nobel de física en 1972), se acompaña de un comportamiento magnético muy especial.

En principio, la superconductividad es una transición de fase. Por calentamiento sufi ciente del material, por aplicación de un campo magnético externo de intensidad adecuada o por el paso de una densidad de corriente eléctrica mayor que determinado valor, el superconductor transita al estado normal, donde conduce con resistencia. Hoy, el número de aleaciones, compuestos y elementos que tienen propiedades superconductoras es enorme. Diríase que ahora la pregunta correcta sería inquirir por qué un material no superconduce. La superconductividad es un efecto más extendido de lo que en principio pudiera pensarse.

 

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