Superconduttività

Superconduttività

La superconduttività è il fenomeno che si manifesta in molti materiali conduttori, che mostrano una veloce diminuzione della resistività per temperature inferiori a un determinato valore Tc, detto temperatura critica, e forti proprietà diamagnetiche(sostanze sottoposte all’azione di un campo magnetico acquistano un dipolo magnetico, apparecchio costituito da un polo elettrico positivo e un negativo).Che si manifestano subendo una intensa repulsione da parte del campo magnetico.
La superconduttività fu scoperta nel 1911 dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes, il quale osservò la scomparsa della resistenza elettrica nel mercurio a temperature inferiori a 4,2 K (-269 °C). Nel 1933 i fisici Karl W. Meissner e R. Ochsenfeld riscontrarono un forte diamagnetismo in un superconduttore, compiendo un importante passo verso la comprensione del fenomeno. La spiegazione teorica della superconduttività si ebbe nel 1957, quando i fisici statunitensi John Bardeen, Leon N. Cooper e John R. Schrieffer avanzarono la celebre teoria BCS, per la quale ottennero il premio Nobel per la fisica nel 1972, specificando la natura quantistica del fenomeno. La transizione allo stato superconduttivo è da ricondurre alla formazione di coppie di elettroni (coppie di Cooper) che, in qualità di bosoni, si muovono liberamente nel volume del conduttore. Nel 1962 il fisico britannico Brian Josephson, sulla base dell'interpretazione quantistica della superconduttività, ipotizzò l'esistenza di oscillazioni della corrente elettrica che scorre tra due superconduttori, separati da un sottile strato isolante, e posti in un campo magnetico o elettrico. L'effetto, noto come effetto Josephson, fu poi confermato sperimentalmente.
Prima del 1986, la più alta temperatura critica osservata era 23,2 K (-249,95 °C), caratteristica dei composti niobio-germanio. Condizioni termiche così estreme potevano essere mantenute solo impiegando elio liquido, un refrigerante estremamente costoso e di modesta efficienza. Nel 1986, studi compiuti presso diverse università e centri di ricerca mutarono radicalmente il corso la situazione. Si scoprì infatti che composti ceramici a base di ossidi metallici manifestano la transizione allo stato superconduttivo a temperature sufficientemente alte da permettere l'uso di azoto liquido come refrigerante. Fu questa la scoperta della cosiddetta "superconduttività ad alta temperatura": poiché l'azoto liquido costa circa un decimo dell'elio liquido ed è in grado di liquifare a 77 K (-196 °C), raffreddando con un efficienza circa 20 volte superiore a quella dell'elio liquido, sono state numerose le applicazioni della superconduttività.
Poiché un superconduttore non offre alcuna resistenza al passaggio di cariche elettriche, una corrente indotta al suo interno continua a circolare per un tempo indefinito, senza apprezzabili diminuzioni di intensità e senza dissipazione di energia sotto forma di calore. Per questa ragione, i superconduttori sono impiegati per costruire elettromagneti capaci di generare campi magnetici estremamente intensi con una spesa energetica ridotta.Magneti realizzati con materiale superconduttore sono stati usati, nella costruzione di potenti acceleratori di particelle. Inoltre, sfruttando gli effetti quantistici della superconduttività, sono stati realizzati strumenti di misura della corrente elettrica, della tensione e del campo magnetico.
Alessio Di Giorgio