L a superconduttivita'

La storia della superconduttivita' nasce ,nel 1911,a Leida   , citta' dell'Olanda Meridionale, famosa  anche per il fatto che qui' fu costruito il primo condensatore
elettrico, noto col nome di " Bottiglia di Leida ",impiegato nella  realizzazione
dei primi generatori elettrici quali la "macchina di   Whimshurst". 
In quell'anno il fisico olandese Kamerling Onnes nel suo laboratorio lavorava
alla produzione  di bassissime temperature al fine di liquefare l'Elio che e' il gas
piu' refrattario in tal senso, tanto e' vero che la sua temperatura di liquefazione
e' risultata pari a 269 gradi centigradi sotto lo zero.
Onnes una  volta raggiunta la temperatura  di   4 °K ,osservo' il comportamento,
in tali condizioni , di altri materiali . Scopri' cosi' che il mercurio  ed altri
metalli e loro leghe presentano una resistivita' praticamente nulla .


Questo fenomeno venne indicato col nome di "superconduttivita'" e la temperatura
alla quale si verifica venne detta "temperatura critica" .Quest'ultima non e'la stessa
per tutti i superconduttori.

Non molto dopo(1933) si scopri' che questo fenomeno non era indipendente dal 
campo magnetico.Infatti fu osservato che quando un metallo superconduttore
e' portato alla propria Tc,oltre  a diminuire drasticamente la sua resistivita'
si comporta come una sostanza  diamagnetica.


Cioe' esso ,nel caso venisse, come in figura,immesso in un campo magnetico
non si lascerebbe attraversare dalle linee di campo ma tenderebbe a respingerle.
In sintesi tali  superconduttori si comportano come sostanze diamagnetiche
perfette a condizione che  il campo magnetico non superi ,in vicinanza della loro
superficie un certo valore critico HC (Effetto Meissner).
Questo fenomeno di repulsione delle linee di forza del campo H esterno si spiega
col fatto che quando un conduttore e' inserito in un campo H   il materiale si
polarizza con la diretta conseguenza che il mantello del conduttore e' percorso
da correnti di origine atomica molto piccole che originano un campo magnetico
che tende ad opporsi a quello esterno.Quando invece si fa' uso di un superconduttore
queste correnti diventano estremamente grandi,essendo la resistivita' quasi nulla,
e  cosi' pure il campo H  indotto ,tanto da respingere totalmente le linee di campo
H esterno.
Soltanto queste considerazioni  danno una idea dell'enorme possibilita'
di applicazione di tali materiali e basta citarne tre per tutte:
. La trasmissione di energia
. Produzione di intensi campi magnetici.
.Trasporti a levitazione magnetica
.Scudi magnetici.
L'ostacolo principale da superare per  poter passare alle applicazioni
stava allora, ed in parte anche oggi, nella relazione esistente tra  campo
magnetico,temperatura assoluta e superconduttivita',che porta alla definizione
di una TC  e di un HC come mostrato in fig.


Teoria microscopica sulla superconduttivita'(BCS):

Nel 1957 (premi nobel nel 1972)i tre fisici J.Barden,Ln.Cooper e T.Schrieffer  arrivarono alla seguente conclusione:
In natura esistono due possibili tipi di particelle i Bosoni (da Bose, fisico indiano)
ed i Fermioni (da Fermi )del tutto diversi dal punto di vista della  classificazione dell'energia di ciascuna di esse (stato).
Le prime(ad es:fotoni,particelle W e Z scoperte da Rubbia)possono occupare senza
alcun limite  lo stesso stato di energia ,mentre le seconde (ad es. gli elettroni)
devono rispettare il principio di escusione di Pauli e quindi non possono coesistere
nel medesimo stato.
Tale teoria e' basata sul fatto che mentre  ad alte temperature   gli elettroni liberi
muovendosi dentro il conduttore,in conseguenza degli urti dentro il cristallino,
cederanno energia spiegando cosi' il riscaldamento del conduttore  ovvero
l'effetto Joule,a bassissime temperature,e cioe' in condizioni di superconduttivita',
un elettrone che sfiora uno ione positivo del reticolo attrae quest'ultimo il
quale a sua volta attira un secondo elettrone che vincendo la forza
coulombiana va' a formare una coppia detta di "Cooper"e cioe' un Bosone.
Quando un elettrone della coppia (la cui struttura  si puo' paragonare
a due piccole masse collegate da una molla) perde energia interagendo con
gli atomi del reticolo cristallino,l'altro elettrone la recupera e pertanto si
spiega come la corrente elettrica  dovuta a queste coppie circolera' per sempre
senza perdite,come e' stato dimostrato sperimentalmente.La totalita' degli
elettroni entra nelle "coppie di Cooper" solo se  la temperatura e' rigorosamente
nulla .Gli elettroni non accoppiati  sono messi in movimento dal campo
elettromagnetico  e dissipano la loro energia nel reticolo.
Nella primavera del 1986 alla  IBM di Zurigo il prof.Karl Muller annunciava
il raggiugimento della superconduttivita' a 35 °K.Tale risultato nel gennaio
1987 e' stato superato  dall'equipe del Prof.Paul Chu dell'Universita' di
Houston che ha messo a punto una procedura per ottenere  superconduttivita'
a 77 °K.Nello stesso anno il prof. Golovaskin  presso l'Istituto di Fisica
dell'Accademia  delle Scienze  registra  stessi fenomeni a temperature di circa
-100 °C .Stessi risultati sono osservati nel laboratorio di Berkeley.
Per realizzare  superconduttori a queste temperature sono stati scoperti
nuovi materiali ,ossidi metallici  con La-Ba-Cu-O-Y,definiti"Materiali
superconduttori ad alta   temperatura di Transizione".


Questi risultati  sono stati considerati importanti poiche' hanno permesso di far
passare le applicazioni  della superconduttivita' dalla  costosa tecnologia   dell'Elio
liquido (-269,7 °C) a quella  molto piu' agevole  ed economica dell'Azoto
liquido ( -210 °C ).

pagina iniziale indietro avanti