Para una temperatura determinada, el campo crítico se refiere a la intensidad máxima del campo magnético por debajo de la cual un material sigue siendo superconductor. La superconductividad se caracteriza tanto por una conductividad perfecta (resistencia cero) como por la expulsión completa de los campos magnéticos ( efecto Meissner ). Los cambios en la temperatura o en la densidad del flujo magnético pueden provocar la transición de fase entre los estados normal y superconductor. [1] La temperatura más alta bajo la cual se ve el estado superconductor se conoce como temperatura crítica. A esa temperatura, incluso el campo magnético externo más débil destruirá el estado superconductor, por lo que la intensidad del campo crítico es cero. A medida que la temperatura disminuye, el campo crítico generalmente aumenta hasta un máximo en el cero absoluto.
Para un superconductor tipo I, la discontinuidad en la capacidad calorífica observada en la transición superconductora generalmente está relacionada con la pendiente del campo crítico ( ) a la temperatura crítica ( ): [2]
También existe una relación directa entre el campo crítico y la corriente crítica : la densidad de corriente eléctrica máxima que un material superconductor determinado puede transportar, antes de pasar al estado normal. [1] Según la ley de Ampère, cualquier corriente eléctrica induce un campo magnético, pero los superconductores excluyen ese campo. A escala microscópica, el campo magnético no es del todo cero en los bordes de una muestra determinada: se aplica una profundidad de penetración . Para un superconductor de tipo I, la corriente debe permanecer cero dentro del material superconductor (para ser compatible con un campo magnético cero), pero luego puede alcanzar valores distintos de cero en los bordes del material en esta escala de longitud de profundidad de penetración. a medida que aumenta el campo magnético. [2] Mientras el campo magnético inducido en los bordes sea menor que el campo crítico, el material sigue siendo superconductor, pero a corrientes más altas, el campo se vuelve demasiado fuerte y se pierde el estado superconductor. Este límite de densidad de corriente tiene importantes implicaciones prácticas en las aplicaciones de materiales superconductores: a pesar de su resistencia cero, no pueden transportar cantidades ilimitadas de energía eléctrica.
La geometría de la muestra superconductora complica la medición práctica del campo crítico [2] : el campo crítico se define para una muestra cilíndrica con el campo paralelo al eje de simetría radial. En otras formas (esféricas, por ejemplo), puede haber un estado mixto con penetración parcial de la superficie exterior por el campo magnético (y por tanto un estado normal parcial), mientras que el interior de la muestra sigue siendo superconductor.
Los superconductores de tipo II permiten un tipo diferente de estado mixto, donde el campo magnético (por encima del campo crítico inferior ) puede penetrar a lo largo de "agujeros" cilíndricos a través del material, cada uno de los cuales transporta un cuanto de flujo magnético . A lo largo de estos cilindros de flujo, el material se encuentra esencialmente en un estado normal, no superconductor, rodeado por un superconductor donde el campo magnético vuelve a cero. El ancho de cada cilindro es del orden de la profundidad de penetración del material. A medida que aumenta el campo magnético, los cilindros de flujo se acercan y, finalmente, en el campo crítico superior , no dejan espacio para el estado superconductor y se pierde la propiedad de resistividad cero.
El campo crítico superior es la densidad de flujo magnético (generalmente expresada con la unidad tesla (T)) que suprime completamente la superconductividad en un superconductor de tipo II a 0 K ( cero absoluto ).
Más propiamente, el campo crítico superior es función de la temperatura (y la presión) y, si no se especifican, se implica el cero absoluto y la presión estándar.
La teoría de Werthamer-Helfand-Hohenberg predice el campo crítico superior ( H c2 ) a 0 K a partir de Tc y la pendiente de Hc2 en Tc .
El campo crítico superior (a 0 K) también se puede estimar a partir de la longitud de coherencia ( ξ ) usando la expresión de Ginzburg-Landau : H c2 =2,07 × 10 −15 T⋅m 2 /(2 πξ 2 ) . [3]
El campo crítico inferior es la densidad de flujo magnético a la que el flujo magnético comienza a penetrar un superconductor de tipo II.
