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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.

 

 

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