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Superconductores

Muchos de los avances recientes de la Química Inorgánica se han realizado en el área de los nuevos materiales. Uno de los campos de más desarrollo y gran interés, por sus aplicaciones, es el de los materiales superconductores de alta temperatura.
            En 1911 Kamerlingh Onnes descubrió que la resistencia eléctrica del mercurio se hacía cero a la temperatura de 4.2 K. A este efecto le denominó superconductividad, y a la temperatura a la cual ocurre este fenómeno temperatura crítica, Tc. Una consecuencia de la resistencia cero es que los materiales pueden conducir la corriente eléctrica sin pérdidas de energía en el proceso.
            Tras el descubrimiento de la superconductividad, durante los siguientes 20 años se hicieron pocos progresos para entender el comportamiento de los superconductores, descubriéndose tan sólo algunas nuevas sustancias que experimentaban este efecto. Más de 20 elementos metálicos y cientos de aleaciones pueden ser superconductores bajo las condiciones apropiadas. En 1973 la temperatura más alta a la que se había observado la superconductividad correspondía a la de un compuesto de niobio y germanio de composición Nb3Ge (Tc = 23.3K). En 1986 Berdnorz y Müller encontraron que el óxido metálico de fórmula La2-xBaxCuO4 (x = 0.2) se hacía superconductor a 35K. Un año después recibieron el premio Nobel de Física por este descubrimiento. La idea que pronto surgió fue la de que era posible aumentar la temperatura crítica de este material superconductor si se sustituía con diferentes metales, que generalmente pertenecen al bloque f. Empleando esta técnica, Chu y sus colaboradores consiguieron romper la barrera de la temperatura del nitrógeno líquido con el superconductor conocido como 1-2-3. En este superconductor se ha sustituido el lantano por el ytrio y tiene la composición YBa2Cu3O7-x. La temperatura crítica para este material es de 93 K. El control de la estequiometría del átomo de oxígeno parece ser un factor determinante en la temperatura crítica del material. Actualmente, el superconductor de más alta temperatura descrito (1993) consiste en un óxido mixto de HgBa2Ca2Cu3O10 cuya temperatura crítica es de 134 K.
            La estructura que presentan estos superconductores de alta temperatura es de tipo perovskita. El superconductor de Bednorz y Müller, La2-xBaxCuO4 adopta una estructura tetragonal en capas del tipo perovskita K2NiF4.
La teoría de la superconductividad es extremadamente compleja y en esta sección sólo se intentará dar una idea cualitativa de la misma. Se ha sugerido, por muchos investigadores, que el origen de la superconductividad a baja temperatura es la existencia de un par de Cooper, o par de electrones gracias a la interacción indirecta entre ellos por medio de su interacción con los núcleos de los átomos de la red. Así, si un electrón “está” en una región particular de un sólido, los núcleos de esa región se mueven hacia él resultando una estructura local distorsionada. Como la distorsión local es rica en carga positiva, se favorece que un segundo electrón se una al primero. Por ello, se produce una atracción virtual entre ambos electrones y éstos se mueven como un par. La distorsión local se puede romper fácilmente por el movimiento térmico de los iones, por lo que la atracción virtual se da a temperaturas muy bajas. Como el par de Cooper es estable a la dispersión, puede transportar carga libremente por el sólido, dando lugar así a la superconductividad.

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