En superconductividad , un superconductor de tipo II es un superconductor que exhibe una fase intermedia de propiedades mixtas ordinarias y superconductoras a temperatura intermedia y campos por encima de las fases superconductoras. También presenta la formación de vórtices de campo magnético con un campo magnético externo aplicado . Esto ocurre por encima de una cierta intensidad de campo crítica H c1 . La densidad de vórtices aumenta con el aumento de la intensidad de campo. A un campo crítico más alto H c2 , se destruye la superconductividad. Los superconductores de tipo II no exhiben un efecto Meissner completo . [2]
En 1935, JN Rjabinin y Lev Shubnikov [3] [4] descubrieron experimentalmente los superconductores de tipo II. En 1950, la teoría de los dos tipos de superconductores fue desarrollada aún más por Lev Landau y Vitaly Ginzburg en su artículo sobre la teoría de Ginzburg-Landau . [5] En su argumento, un superconductor de tipo I tenía energía libre positiva del límite superconductor-metal normal. Ginzburg y Landau señalaron la posibilidad de superconductores de tipo II que deberían formar un estado no homogéneo en campos magnéticos fuertes. Sin embargo, en ese momento, todos los superconductores conocidos eran de tipo I, y comentaron que no había motivación experimental para considerar la estructura precisa del estado superconductor de tipo II. La teoría para el comportamiento del estado superconductor de tipo II en el campo magnético fue mejorada en gran medida por Alexei Alexeyevich Abrikosov , [6] quien estaba elaborando las ideas de Lars Onsager y Richard Feynman de vórtices cuánticos en superfluidos . La solución de vórtices cuánticos en un superconductor también está muy relacionada con el trabajo de Fritz London sobre la cuantificación del flujo magnético en superconductores. El Premio Nobel de Física fue otorgado por la teoría de la superconductividad de tipo II en 2003. [7]
La teoría de Ginzburg-Landau introdujo la longitud de coherencia superconductora ξ además de la profundidad de penetración del campo magnético de London λ . Según la teoría de Ginzburg-Landau, en un superconductor de tipo II . Ginzburg y Landau demostraron que esto conduce a una energía negativa de la interfaz entre las fases superconductora y normal. La existencia de la energía de interfaz negativa también se conocía desde mediados de la década de 1930 a partir de los primeros trabajos de los hermanos London. Una energía de interfaz negativa sugiere que el sistema debería ser inestable frente a la maximización del número de dichas interfaces. Esta inestabilidad no se observó hasta los experimentos de Shubnikov en 1936, donde se encontraron dos campos críticos.
En 1952, Zavaritskii también informó de una observación de superconductividad de tipo II. Fritz London demostró [8] [9] que un flujo magnético puede penetrar en un superconductor a través de un defecto topológico que tiene un devanado de fase entera y transporta un flujo magnético cuantizado. Onsager y Feynman demostraron que los vórtices cuánticos deberían formarse en los superfluidos. [10] [11]
Un artículo de 1957 de AA Abrikosov [12] generaliza estas ideas. En el límite de una longitud de coherencia muy corta, la solución del vórtice es idéntica al fluxoide de London [9] , donde el núcleo del vórtice se aproxima por un corte brusco en lugar de una desaparición gradual del condensado superconductor cerca del centro del vórtice. Abrikosov descubrió que los vórtices se organizan en una matriz regular conocida como red de vórtices . [7] Cerca de un campo magnético crítico superior, el problema de un superconductor en un campo externo es equivalente al problema del estado del vórtice en un superfluido giratorio, analizado por Lars Onsager y Richard Feynman .
En el estado de vórtice, se produce un fenómeno conocido como fijación de flujo , que no es posible con los superconductores de tipo I , ya que no pueden ser penetrados por campos magnéticos. [13]
Si un superconductor se enfría en un campo, el campo puede quedar atrapado, lo que puede permitir que el superconductor quede suspendido sobre un imán, con el potencial de una unión o cojinete sin fricción. El valor de la fijación de flujo se ve a través de muchas implementaciones, como ascensores, uniones sin fricción y transporte. Cuanto más delgada sea la capa superconductora, más fuerte será la fijación que se produce cuando se expone a campos magnéticos.
Los superconductores de tipo II suelen estar hechos de aleaciones metálicas o cerámicas de óxidos complejos . Todos los superconductores de alta temperatura son superconductores de tipo II. Si bien la mayoría de los superconductores elementales son de tipo I, el niobio , el vanadio y el tecnecio son superconductores elementales de tipo II. El diamante y el silicio dopados con boro también son superconductores de tipo II. Los superconductores de aleaciones metálicas también pueden exhibir un comportamiento de tipo II (por ejemplo, niobio-titanio , uno de los superconductores más comunes en la superconductividad aplicada), así como compuestos intermetálicos como el niobio-estaño .
Otros ejemplos de tipo II son los materiales cerámicos de cuprato - perovskita que han alcanzado las temperaturas críticas superconductoras más altas. Entre ellos se encuentran La 1,85 Ba 0,15 CuO 4 , BSCCO y YBCO ( óxido de itrio - bario - cobre ), que es famoso por ser el primer material en alcanzar la superconductividad por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K). Debido a la fuerte fijación de vórtices , los cupratos están cerca de ser superconductores idealmente duros .
Los electroimanes superconductores potentes (utilizados en escáneres de resonancia magnética , máquinas de RMN y aceleradores de partículas ) a menudo utilizan bobinas de alambres de niobio-titanio o, para campos más altos, alambres de niobio-estaño . Estos materiales son superconductores de tipo II con un campo crítico superior sustancial H c2 y, a diferencia de, por ejemplo, los superconductores de cuprato con un H c2 aún más alto , se pueden mecanizar fácilmente en alambres. Sin embargo, recientemente, las cintas superconductoras de segunda generación están permitiendo reemplazar los alambres basados en niobio más baratos por cintas de "segunda generación" mucho más caras, pero superconductoras a temperaturas y campos magnéticos mucho más altos.
