L’affascinante mondo della superconduttività

La superconduttività è uno dei capitoli più intriganti della fisica moderna. Come il ferromagnetismo e i modelli atomici, la superconduttività è un fenomeno di meccanica quantistica. E' stata una continua fonte di ispirazione nei diversi ambiti della scienza e ha dimostrato una grande capacità con le sue numerose applicazioni tecnologiche. Nel 1911 il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes e il suo team scoprirono effetti di resistenza elettrica nulla nel Mercurio al variare della temperatura, scendendo al di sotto di qualche grado Kelvin. Questa è stata la prima osservazione del fenomeno della superconduttività. In questo articolo faremo una panoramica generale sugli aspetti di natura fisica della superconduttività con cenni sulle applicazioni e sviluppi futuri.

Introduzione

La superconduttività è stata scoperta dal fisico olandese H. Kamerlingh Onnes che ha chiamato questo fenomeno, del tutto inaspettato, 'superconduttività' e fin da allora è stato mantenuto tale (figura 1). La temperatura alla quale la transizione può aver luogo è chiamata temperatura critica (Tc). La superconduttività si osserva in una grande varietà di materiali ma non in alcuni dei migliori conduttori come rame, argento e oro, se non a pressioni molto elevate. In molti conduttori comuni, questa diminuzione è limitata da impurità e altri difetti. In un superconduttore, la resistenza scende bruscamente a zero quando il materiale viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica. Una corrente elettrica che fluisce attraverso un anello di filo superconduttore può persistere indefinitivamente senza alcuna fonte di alimentazione.  Sotto una certa temperatura "critica", i materiali subiscono la transizione nello stato superconduttore, caratterizzata da due proprietà fondamentali: in primo luogo, non offrono resistenza al passaggio di corrente elettrica. Quando la resistenza scende a zero, una corrente può circolare all'interno del materiale senza alcuna dissipazione di energia. In secondo luogo, a condizione che siano sufficientemente deboli, i campi magnetici esterni non penetrano il superconduttore, ma rimangono sulla sua superficie. Questo fenomeno di “espulsione” del campo è noto come effetto Meissner, dal nome del fisico che per primo ne osservò il fenomeno nel 1933.

Figura 1: transizione superconduttiva del Mercurio

Figura 1: transizione superconduttiva del Mercurio

Una breve storia dei superconduttori

La prima scoperta di un materiale superconduttore ha avuto luogo nel 1911 quando uno scienziato olandese di nome Heike Kammerlingh Onnes raggiunse temperature fino a 1,7 gradi Kelvin nel Mercurio.  Nel 1960, due scoperte indipendenti realizzate in stretta collaborazione hanno inaugurato una nuova era in cui sono stati sviluppati e commercializzati dispositivi superconduttori: uno era la scoperta del NbTi, che ha fornito la materia prima per la produzione pratica del filo superconduttore; l'altra era la giunzione Josephson, che continua a fornire la base per una varietà di dispositivi elettronici unici. Fino ad oggi, le più grandi applicazioni di successo dei superconduttori rimangono potenti elettromagneti utilizzati nei sistemi di risonanza magnetica (MRI) e cavità RF utilizzati in esperimenti di fisica delle alte energie.  Negli [...]

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2 Commenti

  1. Newton 10 marzo 2017

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