¿Qué es la superconductividad?

[carroza]

La teoría de bandas describe los estados (bandas) que pueden ocupar los electrones en un sólido.
Según estas bandas esten llenas, medio llenas, o llenas con un gaps pequeños a bandas vacias, tenemos aislantes, conductores o semiconductores.

Si esto fuera todo, los conductores serian conductores perfectos, y no habria resistencia electrica. No obstante, como los estados del electron pueden acoplarse a vibraciones de la red cristalina, aparece el fenomeno de la resistencia electrica.

Sin embargo, para ciertos materiales, a temperaturas más o menos bajas, desaparece la resistencia.

Mi pregunta al foro es por qué esto ocurre, en unos materiales si y en otros no, y a distintas temperaturas.

PS: Yo se que la teoria que lo explica es la BCS, pero me gustaria tener una imagen sencilla de la fisica que esta detras del asunto.

[Pablo]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Hola,

espero que esto te sirva de ayuda
http://es.wikipedia.org/wiki/Superconductividad

Saludos.

[Entro]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Digamos que los electrones están todos en una banda, creada por la estructura cristalina del metal, pero se dan cuenta de que todos no cogen por el principio de Pauli.

Entonces se dan cuenta de que si se asocian, uno con un espín + y otro con un espín -, su comportamiento es idéntico al de un bosón (en este caso compuesto). Y se ponen manos a la obra. Ahora como son bosones todos pueden estar en el mismo estado con lo cual, mover uno, es moverlos a todos y eso es la superconductividad...

Evidentemente es una imagen peculiar, pero con fórmulas y eso, entendiendo los pares de Cooper y las teorías asociadas a los bosones y fermines verás que por ahí va la cosa.

[Pablo]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Levitación magnética por Efecto Meissner

http://www.youtube.com/watch?v=2cSSd...eature=related
Muy interesante!
Saludos

[carroza]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Digamos que los electrones están todos en una banda, creada por la estructura cristalina del metal, pero se dan cuenta de que todos no cogen por el principio de Pauli.

Entonces se dan cuenta de que si se asocian, uno con un espín + y otro con un espín -, su comportamiento es idéntico al de un bosón (en este caso compuesto). Y se ponen manos a la obra. Ahora como son bosones todos pueden estar en el mismo estado con lo cual, mover uno, es moverlos a todos y eso es la superconductividad...

Gracias por la explicación, pero, ¿Por qué pasa esto en unos materiales sí y en otros no?

[Entro]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Que yo sepa la superconductividad se podría conseguir en cualquier material con una estructura de bandas, lo que ocurre es que las temperaturas a las que se consigue son bajas, fundamentalmente porque una temperatura baja equivale a estar obligando a los electrones a estar todos en el estado fundamental, y como no se dejan, pues forman los pares para actuar como bosones.

Pero creo que el comportamiento es básicamente universal, con variaciones de un material a otro, pero con características comunes.

[carroza]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Debe haber algún efecto asociado no sólo con la estructura de bandas de los electrones, sino con las vibraciones de la red cristalina (fonones).

[Dramey]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Que un material sea ferromagnético es excluyente de la superconductividad (por el momento y que yo sepa). El Fe no es superconductor a ninguna temperatura, y tiene bandas, pero como la superconductividad no es 100% comprendida que no se descarte nada

[Entro]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Llevas razón, aunque en principio cualquier material puede ser superconductor a una determinada temperatura (bajita) también es cierto que aún por debajo de esas temperaturas si aplicamos un campo magnético lo suficientemente grande la superconductividad desaparece... Con lo cual los ferromagnéticos será poco probable que tengan fenómenología superconductora...

Thank you...

[Pablo]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Lo de la superconductividad explicada mediante los fonones es tipico de la teoria BCS
http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_BCS

Lo que es curioso es que esta teoria no logra predecir si un material es superconductor o no,

Saludos

[petruxx]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

[FONT=Times New Roman]Quizas antes de contestar a la pregunta que es la “superconductividad” haya que responder a la pregunta que es la “conductividad”.[/FONT]
[FONT=Times New Roman]Es cierto que una de las teorias ( la mas basica ) que explica la superconductividad se basa en el hecho de que a bajas temperaturas los electrones parecen juntarse “formando pares” y asi camuflar su molesta naturaleza fermionica y poder comportarse como bosones con grandes ventajas a la hora de moverse.[/FONT]
[FONT=Times New Roman]Como señala “Entro” los bosones pueden estar muchos (todos) en el mismo “estado cuantico”, sea lo que sea o signifique “estado cuantico”, cosa que no pueden hacer los fermiones. Esto les da la gran ventaja de que si algo o alguien intenta frenarlos se las tendra que ver con todos ellos juntos. No el lo mismo dispersar un electrón que dispersar 10 ^8 electrones al mismo tiempo ( he puesto la cifra al azar). Ya se sabe lo que dice el refran de que ...”la union hace la fuerza”.[/FONT]

[FONT=Times New Roman]Pero en el razonamiento de “Entro” hay algo sutilmente equivocado:[/FONT]

[FONT=Times New Roman]“ Si la razon de la resistencia electrica fuera el carácter fermionico de los electrones entonces deberíamos esperar que, al bajar la temperatura y al obligar esta, a que los electrones se “aprienten” y se rechacen los unos a los otros en su intento de ocupar el mismo “estado cuantico”, la resistencia del materia aumente.”[/FONT]

[FONT=Times New Roman]Esto, claro, no sucede. La conductividad electrica aumenta al disminuir la temperatura como pareceria lógico si esta se debiera a la dificultad de moverse por una red de atomos en agitación termica. [/FONT]

[FONT=Times New Roman]Hay otra sutileza: Si dos electrones compiten ( se que en cuantica hay un nombre especifico para expresar esto) a causa de su carácter fermionico, el hecho de formar pares y camuflarse, no les impedirá seguir compitiendo:[/FONT]
[FONT=Times New Roman]“los electrones no pueden ir cuando se emparejan a algun sitio donde les estuviera prohibido ir antes de emparejarse. Los electrones siguen siendo electrones y siguen siendo fermiones”. Es una de las sutilezas de la cuantica: ¿qué es un estado cuantico?[/FONT]

[FONT=Times New Roman]De todas maneras creo que la superconductividad es algo que todavía no esta nada, pero nada, explicada.[/FONT]

[Entro]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

[FONT=Times New Roman]Quizas antes de contestar a la pregunta que es la “superconductividad” haya que responder a la pregunta que es la “conductividad”.[/FONT]
[FONT=Times New Roman]Es cierto que una de las teorias ( la mas basica ) que explica la superconductividad se basa en el hecho de que a bajas temperaturas los electrones parecen juntarse “formando pares” y asi camuflar su molesta naturaleza fermionica y poder comportarse como bosones con grandes ventajas a la hora de moverse.[/FONT]
[FONT=Times New Roman]Como señala “Entro” los bosones pueden estar muchos (todos) en el mismo “estado cuantico”, sea lo que sea o signifique “estado cuantico”,

Digamos que significa que se pueden describir con el mismo conjunto de números cuánticos. Es decir, que todos se definen con la misma función de onda.
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[FONT=Times New Roman]

Pero en el razonamiento de “Entro” hay algo sutilmente equivocado:

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[FONT=Times New Roman]“ Si la razon de la resistencia electrica fuera el carácter fermionico de los electrones entonces deberíamos esperar que, al bajar la temperatura y al obligar esta, a que los electrones se “aprienten” y se rechacen los unos a los otros en su intento de ocupar el mismo “estado cuantico”, la resistencia del materia aumente.”

Vamos a ver, no entiendo bien esto, ni si lo he dicho yo o qué...

Los electrones son fermiones, no pueden estar todos en el mismo estado cuántico. Esto quiere decir fundamentalemente que si consideramos la corriente eléctrica como un fluido de electrones, este fluido se puede descomponer en electrones cada uno de ellos colisionando repetidas veces con la red del sólido, y disipando energía en cada colisión.

Eso de que los electrones se aprietan y se rechazan unos a otros es lo que pasa a alta temperatura, pero hay una determinada temperatura crítica que verifica que los electrones tengan favorecido el agruparse en pares (para hacerse bosones), y precisamente es por una atracción producida por la interacción con los fonones de la red. Con lo cual, no se donde está el punto incorrecto. Al formarse bosones todos van al mismo estado, y eso hace que el fluido electronico no se pueda considerar formado por electrones individuales, y se puede demostrar que este fluido no es disipativo = superfluido = superconductor el material.


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Esto, claro, no sucede. La conductividad electrica aumenta al disminuir la temperatura como pareceria lógico si esta se debiera a la dificultad de moverse por una red de atomos en agitación termica. [/FONT]

[FONT=Times New Roman]Hay otra sutileza: Si dos electrones compiten ( se que en cuantica hay un nombre especifico para expresar esto) a causa de su carácter fermionico, el hecho de formar pares y camuflarse, no les impedirá seguir compitiendo:[/FONT]
[FONT=Times New Roman]“los electrones no pueden ir cuando se emparejan a algun sitio donde les estuviera prohibido ir antes de emparejarse. Los electrones siguen siendo electrones y siguen siendo fermiones”. Es una de las sutilezas de la cuantica: ¿qué es un estado cuantico?

Se te olvida un tema de escalas, a efectos de la red, los electrones han desaparecido y solo hay un estado bosónico que conforma el fluido de carga. Los electrones son electrones, pero si se emparejan forman bosones y esto hace que los pares (unidos entre sí por interacciones que ya no los hace fermiones por separado ni tiene sentido hablar de esos electrones por separado...) se puedan condensar.

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[FONT=Times New Roman]

De todas maneras creo que la superconductividad es algo que todavía no esta nada, pero nada, explicada.

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Yo diría que está bastante bien entendida.

[petruxx]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Siempre se me ha atragantado la cuantica. Mi incapacidad para seguir sus matematicas me ha llevado a intentar comprenderla conceptualmente evitando en lo posible los recovecos y desarrollos en los que en realidad se basa.
Puede que sea apartarse del tema pero me gustaria aprovechar la oportunidad para plantear una pregunta que a la que nunca he encontrado una respuesta satisfactoria.
La superconductividad y tambien la superfluidez se justifican teoricamente en la existencia de un estado de energia, el mas bajo, que es ocupado por "las particulas" que forman el sistema cuando la temperatura baja. El caracter bosonico de estas "particulas" hacen que todas ellas puedan estar en ese mismo estado y cuando esto ocurre, todas ellas forman como un unico sistema y cualquier intento de sacar una sola de elllas de ese estado....cuesta mucho trabajo o si se quiere...es muy dificil.
Imagino que esta es una forma coloquial de expresar algo que debe de ser muy complicado de formular matematicamente y rigurosamente. Mi pregunta va por otro lado. Creo, tengo entendido que cuando se habla de superconductividad (o superfluidez) no se habla de resistencia muy, muy pequeña sino de resistencia nula: cero,cero. Y esto es lo que no entiendo. Me alcanza comprender que la resistencia pueda hacerse muy pequeña pero...cero, eso no me alcanza. ¿ No deberia haber una probabilidad aunque pequeña de poder sacar una pareja del estado base ? y no deberia llevar esto a una resistencia pequeña pero finita?
Por justificar un poco mi incomprension...no comprendo como los fotones, que son bosones por derecho propio, no consigan llegar a un estado asi. Me explico. No deberia esperarse que la luz cuando atraviesa un medio intentara toda ella agruparse en un unico estado. ¿Porque la luz muestra esta incapacidad? ( o yo...¿porque muestro esa incapacidad de comprender?)

[carroza]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Por justificar un poco mi incomprension...no comprendo como los fotones, que son bosones por derecho propio, no consigan llegar a un estado asi. Me explico. No deberia esperarse que la luz cuando atraviesa un medio intentara toda ella agruparse en un unico estado. ¿Porque la luz muestra esta incapacidad? ( o yo...¿porque muestro esa incapacidad de comprender?)

El condensado bosónico de los fotones se llama LASER, y, por supuesto, existe.

El hecho de que los fotones tengan masa nula hace que no exista un estado discreto de mínima energía, como en los electrones del átomo, en el que hipotéticamente se pudieran acumular fotones.

Y para comprender bien la cuántica, es imprescindible dominar sus matemáticas.

[petruxx]

Re: ¿Qué es la superconductividad?

Creo que llevas razon. El hecho de que no exista una energia minima debe de cambiarlo todo con los fotones. No pense en eso. Tambien llevas razon respecto a las matematicas. No se pueden entender afirmaciones se se justifican matematicamente sin conocer matematicas. Es un quiero y no puedo.
Gracias