Historia de la superconductividad Sucesos imprescindibles en el desarrollo tecnológico

Profesor Dr. Rafael Baquero Parra

Rocío Contreras Guerrero Material que a cierta Al aplicar un campo magnético externo temperatura critica a un material superconductor el flujo la resistencia es Hola magnético no penetra cuando se cero encuentra en el estado superconductor. “Efecto Meissner”

SuperconductividadSuperconductividad

1911 1933 1953 1960 1964 1973 1986 1989 1997 2001

1913 1941 1957 1962 1972 1980 1987 1993 2000 2005

2008 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) • Heike Kamerlingh Onnes recibe el 1913 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 Walter Meissner y Robert Ochsenfeld 1933 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. John Bardeen, Leon Cooper y John Schieffer desarrollan la 1957 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. Brian D. Josephson (Universidad de 1962 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 talio- dopado, 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 Bose- Eistein 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!