I materiali superconduttori
Abbiamo detto che, sotto la temperatura critica, un superconduttore ha resistenza
nulla. In realtà non è proprio esatto. Usando strumenti di misura
più accurati e sensibili, si è scoperto che la resistenza non
diventa nulla, ma raggiunge un valore piccolissimo. I più recenti
materiali superconduttori hanno raggiunto valori di 10-27 W×m. La tabella
2.1 elenca una serie di elementi che diventano superconduttori a bassa temperatura
con la loro temperatura e campo critico.
Allo stato delle attuali conoscenze l'elemento puro con la più alta
temperatura di transizione è il Niobio (Tc = 9.26 K) e quella con la
più bassa è il Tungsteno ( Tc = 0.012 K). La temperatura critica
non dipende solo dalla composizione chimica del materiale ma anche dalla struttura
reticolare. Per esempio il Lantanio esiste in due differenti strutture molecolari
con temperature critiche diverse. Sono inoltre interessanti il Berillio, che
diventa superconduttore solo se preparato in film sottili, e il Bario, che diventa
superconduttore solo ad altissime pressioni ( =150 kbar).
Ne segue che la superconduttività è una proprietà globale
del materiale. Ci si può aspettare che buoni conduttori come Rame, Oro
e Argento che presentano già buona resistività a temperatura ambiente,
siano i primi a diventare superconduttori, ma in realtà si osserva un
fenomeno completamente opposto, cioè essi non diventano per niente superconduttori.
Questi metalli sono caratterizzati da un reticolo cubico a facce centrate, cioè
gli ioni sono disposti ai vertici e al centro di ciascuna faccia di tanti cubi
ideali che, affiancati, costituiscono il cristallo. Tale struttura è
molto rigida e viene deformata pochissimo dal moto degli elettroni e, in questo
caso, la repulsione coulombiana tra elettroni prevale sulla attrazione indotta
dalla deformazione del reticolo e le coppie di Cooper non si formano.
Elemento
|
TC [K]
|
BC [G]
|
Hg
|
Mercurio
|
4.15
|
411
|
Hg
|
-
|
3.95
|
339
|
La
|
Lantanio
|
4.9
|
798
|
La
|
-
|
6.06
|
1096
|
Pa
|
Protoattinio
|
1.4
|
-
|
Re
|
Renio
|
1.698
|
198
|
Ru
|
Rutenio
|
0.49
|
66
|
Tl
|
Tallio
|
2.39
|
171
|
U
|
Uranio
|
0.68
|
-
|
U
|
-
|
1.80
|
-
|
Tl
|
Tallio
|
2.39
|
171
|
V
|
Vanadio
|
5.30
|
1020
|
Tab. 2.1: temperatura e campo critico di alcuni
elementi.
Oggigiorno sono conosciuti circa 6000 materiali superconduttori, alcuni sono
composti e alcuni sono addirittura dei polimeri, come ad esempio (SN)X. Nella
tabella seguente sono elencati alcuni composti e la loro temperatura critica.
Composto
|
TC [K]
|
NbTi
|
9.2
|
Nb3Al
|
18.8
|
V3
|
15
|
PbMo6S8
|
14
|
Nb3Sn
|
18.05
|
Nb3Ge
|
22.3
|
NbN
|
16
|
NbO
|
1.2
|
BaPb0.75Bi0.25O3
|
11
|
UBe13
|
0.75
|
Pb0.7Bi0.3
|
8.45
|
V3Si
|
1.71
|
(SN)X
|
0.26
|
(BEDT)2Cu(NCS)2
|
10
|
La1.8Sr0.2CuO4
|
38
|
Bi2CaSr2Cu2O8+X
|
90
|
Tab. 2.2: temperatura critica di alcuni composti.
|