Historia de la superconductividad

Historia de la
superconductividad
Sucesos imprescindibles en el
desarrollo tecnológico
Profesor Dr. Rafael Baquero Parra
Rocío Contreras Guerrero
Material que a cierta
temperatura critica
la resistencia es
cero
Al aplicar un campo magnético externo
a un material superconductor el flujo
magnético no penetra cuando se
encuentra en el estado superconductor.
“Efecto Meissner”
H ol a
Superconductividad
1911
1913
1933
1941
1953
1957
1960
1962
1964
1972
1973
1980
2008
1986
1987
1989
1993
1997
2000
2001
2005
1911
•Descubrimiento de la superconductividad
• Wilhelm Wien físico alemán recibe el Premio Nobel de
Física por su descubrimiento sobre las leyes de la
radiación del calor
• Marie Curie física y química polaca, recibe el Premio
Nobel de Química por el descubrimiento de los
elementos radio y polonio, el aislamiento del radio y el
estudio de la naturaleza y compuestos de este
elemento.
• Ernest Rutherford deduce la carga positiva del núcleo
atómico.
•El físico holandés Heike
Kamerlingh Onnes descubre
la superconductividad!
• Estaba trabajando con bajas
temperaturas y fue el primero
en conseguir helio liquido.
• Al parecer observó que el
mercurio
transmitía
la
electricidad sin pérdidas por
debajo de 4.2 K (-269 °C)
1913
• Heike Kamerlingh Onnes recibe el
Premio Nobel de Física por sus
investigaciones en las características de
la materia a bajas temperaturas que
permitieron la producción del helio
líquido
• Niels Bohr publico su modelo
atómico, introduciendo la teoría de
las órbitas cuantificadas
1933
Walter Meissner y Robert Ochsenfeld
descubrieron
que
un
material
superconductor repele un campo
magnético en su estado superconductor
“Efecto Meissner”
• Fermi desarrolla la teoría del decaimiento beta, en
el cual neutrinos fueron producidos.
• Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac se
les otorga el Premio Nobel de Física por haber
desarrollado la ecuación de Schrödinger y por por
el descubrimiento de nuevas teorías atómicas
productivas.
Al aplicar un campo magnético externo a un
material superconductor el flujo magnético
no penetra cuando se encuentra en el
estado superconductor
1941
• Se descubre el nitruro de niobio con
propiedades superconductoras a 16
K
• Enrico Fermi construye la primera pila
atómica.
1953
• El vanadio-silicio presenta propiedades
superconductoras a 17.5 K
• El alemán Hermann Staudinger, recibe el
Premio Nobel de Química, por sus trabajos
sobre la fabricación del plástico.
• Frits Zernike físico neerlandés obtuvo el premio
Nobel de Física por el método de contraste de
gases y por la invención del microscopio de
contraste de fases.
1957
John Bardeen, Leon Cooper y
John Schieffer desarrollan la
primera teoría aceptada para
explicar la superconductividad.
• Chen Ning Yang y Tsung-Dao Lee ganan el Premio
Nobel de Física por su teoría de que las interacciones
débiles entre partículas elementales no tenían paridad
simétrica
• Hamilton Watch Company introduce el primer reloj
eléctrico
• Se da el lanzamiento del primer satélite artificial. Sputnik
I de la URSS. En este mismo año se lanza el Sputnik 2
con una perra de nombre Laika.
• Fue el Año Geofísico Internacional (julio de 1957 a
diciembre de 1958)
• Comienza a funcionar el Organismo Internacional de
Energía Atómica (OIEA)
La teoría BCS explica la superconductividad a temperaturas
cercanas al cero absoluto para elementos y aleaciones
simples.
•
En un metal, los electrones
cargados negativamente ejercen
una atracción sobre los iones
positivos que se encuentran en
su vecindad.
•
Se polariza localmente la red.
•
Un segundo electrón sentirá una
fuerza atractiva.
•
Así los electrones se agrupan en
pares llamados pares de Cooper.
1. Tc
2. Calor especifico
3. Efecto Meissner
1960
• En la década de los 60s se desarrollo un superconductor
de cobre-cubierta de niobio-titanio para un acelerador
electromagnético de partículas de altas energías, en el
Laboratorio de Rutherford-Appleton en Inglaterra.
• Donald
Arthur
Glaser
físico
y
neurobiólogo
estadounidense. Recibió el Premio Nobel de Física por
la invención de la cámara de burbujas (detector de
partículas cargadas eléctricamente).
• Se inaugura en Meyrin, cerca de Ginebra, el mayor
acelerador de partículas mundial, un sincrotón de 25
GeV de potencia, construido por el CERN.
1962
Brian D. Josephson (Universidad de
Cambridge) predice que la corriente eléctrica
puede
fluir
entre
dos
materiales
superconductores
aun
cuando
están
separados por un material no superconductor
o un aislante (fenómeno de tunelamiento).
•
Se desarrolla el primer alambre superconductor comercial por
científicos de Westinghouse. Este cable esta hecho de una aleación
de niobio y titanio (NbTi)
•
Lev Davídovich Landau físico y matemático de la Unión Soviética.
Gano el Premio Nobel por sus trabajos en materia condensada,
especialmente por súper fluidez del He liquido.
Efecto Josephson.
Este
predice
que
los
electrones podrían tener un
efecto de tunelamiento a
través de una región no
superconductora aun en la
ausencia de un voltaje
externo.
A sido aplicado a dispositivos
electrónicos tales como el SQUID
(for Superconducting Quantum
Interference
Device).
Este
instrumento es capaz de detectar
campos magnéticos muy débiles.
1964
• Bills Little de la Universidad de Stanford sugiere la
posibilidad de superconductores orgánicos (basados en
carbono).
• Charles Hard Townes, Nikolái Guennádievich Basov y
Alexandr Mijaílovich Prokhorov reciben el Premio Nobel
en Física por su trabajo en el campo de electrónica
cuántica
1972
• John Bardeen, Leon Cooper y John Schieffer
reciben el Premio Nobel de Física por la Teoría
BSC.
1973
• Leo Esaki e Ivar Giaever ganan el Premio Nobel
de Física por el fenómeno de tunelamiento (en
semiconductores y superconductores) y Brian D.
Josephson por el “Efecto Josephson”.
• La colaboración Gargamelle descubre las
corrientes neutras del modelo electro-débil.
1980
• La década de los 80s fue vital en el desarrollo de la
superconductividad
• Se sintetiza el primer superconductor orgánico por Klaus
Bechgaard de la Universidad de Copenhagen (y otros
tres franceses). (TMTSF)2PF6 se tiene que enfriar a
1.2K y someter a alta presión.
• James Watson Cronin y Val Logsdon Fitch reciben el
Premio Nobel de física por el descubrimiento de las
violaciones en los principios de la simetría fundamental
en el decaimiento de los K-mesones neutros
• El físico alemán Klaus von Klitzing descubre, en
Grenoble, el llamado Efecto Hall.
1986
•
Alex Müller y Georg Bednorz del IBM Research Laboratory en
Rüschlikon Suiza desarrollaron un componente cerámico frágil
superconductor a 30K. Se utilizo, lantano, bario, cobre y oxigeno
para la sinterización de este cerámico.
•
Ernst Ruska recibe el Premio Nobel de Física por las propiedades
ópticas del electrón y por el diseño del primer microscopio
electrónico. Gerd Binnig y Heinrich Rohrer comparten también este
premio por el diseño del microscopio de efecto de tunelamiento.
•
Sobre la Antártida se descubre un agujero en la capa de ozono.
1987
• Se usa por primera vez el superconductor desarrollado
en los 60s en UK (cobre-cubierta de niobio-titanio). Fue
usado en un acelerador superconductor en el Fermilab
Tevatron en USA.
• Alex Müller y Georg Bednorz ganan el Premio Nobel de
Física por sus descubrimientos revolucionarios de
superconductores en materiales cerámicos (cobre-oxido,
cupratos)
• Investigadores de la Universidad de Alabama-Hunstville
sustituyen el Itrio por el Lantano en la molécula de Alex
Müller y Georg Bednorz alcanzando una temperatura
critica de 92K (YBCO).
1989
• La primera compañía en sacar provecho de los
superconductores de altas temperaturas fue
Ilinois Superconductors (ISCO International).
Introdujo un sensor de profundidad para equipo
medico (77K).
• Norman F. Ramsey recibe el Premio Nobel en
Física por el método de los campos oscilatorios
separados, por su uso en el Maser (Microwave
Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) de hidrogeno y por otro reloj atómico.
Hans G. Dehmelt y Wolfgang Paul lo reciben por
el desarrollo de la técnica de atrapar iones
1993
• La primera síntesis de mercurio-cupratos se
desarrollo en la Universidad de Colorado y por el
equipo de A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo, y H. R.
Ott de Suiza. Hasta ese momento se había llegado a
una Tc 138 K. Este material se logro con taliodopado, mercurio-cuprato comprimido de los
elementos mercurio, talio, bario, calcio, cobre y
oxigeno.
• Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor Jr. reciben el
Premio Nobel de Física por el descubrimiento de un
nuevo tipo de pulsar.
• El británico Andrew Wiles revoluciona las matemáticas
al solucionar el último Teorema de Fermat
1997
• Investigadores encontraron que a una temperatura
cerca del cero absoluto de una aleación de oro e
indio son superconductores y un magneto natural.
Sin embargo el pensamiento convencional soporta
que un material con tales propiedades podría no
existir! Desde entonces mas de media docena de
tales componentes han sido encontrados.
• Steven Chu, Claude, Cohen-Tannoudji y William D.
Phillips reciben el Premio Nobel de Física por el
desarrollo de métodos para atrapar átomos con luz
láser.
2000
• Se han descubierto superconductores de altas
temperaturas sin embargo estos no contienen
cualquier tipo de cobre
• Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer y Jack S. Kilby
reciben el Premio Nobel de Física por el desarrollo
de heteroestructuras semiconductoras usadas a alta
velocidad y por la invención del circuito integrado.
2001
•
•
Investigadores japoneses midieron la temperatura de transición del
magnesio-diboro (MgB2) en 39 Kelvin – temperatura alta si se
compara con cualquier aleación elemental o binaria-. Se hacen
refinamientos en la fabricación buscando la forma de usarlo en
aplicaciones industriales. Tras pruebas en el laboratorio se encontró
MgB2 supera a el NbTi y al cable de Nb3Sn para aplicaciones de
campos magnéticos altos en aplicaciones como el MRI (Magnetic
Resonance Imaging).
Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl E. Wieman reciben el
Premio Nobel de Física por el logro de la condensacion BoseEistein en gases diluidos de átomos alcalinos.
2005
• Superconductors.ORG descubrieron que el incremento
en la razón de peso de los planos entre las capas de
perovskites pueden incrementar la temperatura de
transición Tc significativamente. Esto permitió descubrir
no menos de 30 nuevos superconductores de alta
temperatura.
• Roy J. Glauber, John L. Hall y Theodor W. Hänsch
reciben el Premio Nobel de Física por su contribución en
la teoría cuántica de coherencia óptica y por sus
contribuciones en el desarrollo de la espectroscopia de
precisión (laser-based).
• AÑO MUNDIAL DE LA FISICA
2008
El 6 de marzo del 2008 se encontró que el compuesto
(Sn1.0 Pb0.5 In0.5)Ba4 Tm5 Cu7 O20+
Tiene propiedades superconductoras alrededor de 185.6 Kelvin
Es el primer material con características superconductoras a
temperatura ambiente!
Por ultimo…
La superconductividad forma parte de nuestras vidas...
El que consiga o no convertirse en un producto de gran
consumo depende exclusivamente de los resultados de la
investigación sobre superconductores a temperatura
ambiente.
Estos superconductores supondrán en un futuro inmediato
un elemento sumamente importante en nuestra civilización.
La era de las tecnologías mas allá de la resistencia
eléctrica parece encontrarse cada vez mas cerca!