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 Hc1 . La densidad del vórtice aumenta al aumentar la intensidad del campo. En un campo crítico más alto Hc2 , se destruye la superconductividad . Los superconductores de tipo II no presentan un efecto Meissner completo . [2]
En 1935, JN Rjabinin y Lev Shubnikov [3] [4] descubrieron experimentalmente los superconductores de tipo II. En 1950, Lev Landau y Vitaly Ginzburg desarrollaron aún más la teoría de los dos tipos de superconductores en su artículo sobre la teoría de Ginzburg-Landau . [5] En su argumento, un superconductor de tipo I tenía energía libre positiva del límite metálico normal del superconductor. Ginzburg y Landau señalaron la posibilidad de que los superconductores de tipo II formen 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 ninguna motivación experimental para considerar la estructura precisa del estado superconductor de tipo II. La teoría del comportamiento del estado superconductor tipo II en un campo magnético fue mejorada enormemente por Alexei Alexeyevich Abrikosov , [6] quien estaba elaborando las ideas de Lars Onsager y Richard Feynman sobre vórtices cuánticos en superfluidos . La solución de vórtice cuántico 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 Londres λ . Según la teoría de Ginzburg-Landau, en un superconductor de tipo II . Ginzburg y Landau demostraron que esto conduce a una energía negativa en la interfaz entre las fases superconductora y normal. La existencia de la energía de interfaz negativa también se conocía desde mediados de los años 1930 gracias a 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 sobre una observación de la superconductividad de tipo II. Fritz London demostró [8] [9] que un flujo magnético puede penetrar un superconductor a través de un defecto topológico que tiene un devanado de fase entera y transporta un flujo magnético cuantificado. Onsager y Feynman demostraron que deberían formarse vórtices cuánticos 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 mediante 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 del llamado campo magnético crítico superior, el problema de un superconductor en un campo externo es equivalente al problema del estado de vórtice en un superfluido en rotación, discutido por Lars Onsager y Richard Feynman .
En el estado de vórtice, se hace posible un fenómeno conocido como fijación de flujo . Esto 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 la posibilidad de formar una junta 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 es la capa superconductora, más fuerte es 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 óxido complejas . 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 dopado con boro y el silicio también son superconductores de tipo II. Los superconductores de aleaciones metálicas también pueden exhibir un comportamiento de tipo II (p. ej., niobio-titanio , uno de los superconductores más comunes en la superconductividad aplicada), así como compuestos intermetálicos como niobio-estaño .
Otros ejemplos de tipo II son los materiales cerámicos de cuprato - perovskita que han alcanzado las temperaturas críticas superconductoras más altas. Estos incluyen La 1,85 Ba 0,15 CuO 4 , BSCCO e YBCO ( itrio - bario - óxido de cobre ), famoso por ser el primer material en alcanzar superconductividad por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K). Debido a la fuerte fijación de los vórtices , los cupratos se acercan a los superconductores idealmente duros .
Los potentes electroimanes superconductores (utilizados en escáneres de resonancia magnética , máquinas de resonancia magnética nuclear y aceleradores de partículas ) suelen utilizar bobinas enrolladas con alambres de niobio-titanio o, para campos superiores, 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 mayor , se pueden mecanizar fácilmente en cables. Sin embargo, recientemente, las cintas superconductoras de segunda generación están permitiendo reemplazar los cables más baratos a base de niobio por cintas de "segunda generación" mucho más caras, pero superconductoras a temperaturas y campos magnéticos mucho más altos.
