30.21: Tipi di superconduttori

Un superconduttore è una sostanza che offre una resistenza zero al passaggio di corrente elettrica quando la sua temperatura scende al di sotto di una temperatura critica. La resistenza zero non è l'unico fenomeno interessante quando i materiali raggiungono le loro temperature di transizione. Un secondo effetto è l'esclusione dei campi magnetici, noto come effetto Meissner. Un leggero magnete permanente posizionato sopra un campione superconduttore leviterà in una posizione stabile sopra il superconduttore. Sono stati sviluppati treni ad alta velocità che levitano su potenti magneti superconduttori, eliminando l'attrito normalmente sperimentato tra il treno e le rotaie. Il 3 aprile 1997, la linea di prova Yamanashi Maglev in Giappone è stata ufficialmente aperta e nell'aprile 2015 il veicolo di prova MLX01 ha raggiunto una velocità di 374 mph utilizzando potenti magneti superconduttori.

I superconduttori possono essere categorizzati in superconduttori di tipo I e di tipo II.

Trenta metalli puri mostrano una resistività zero al di sotto della loro temperatura critica e manifestano l'effetto Meissner, la proprietà di escludere i campi magnetici dall'interno del superconduttore mentre il superconduttore è a una temperatura inferiore alla temperatura critica. Questi metalli sono chiamati superconduttori di tipo I. La superconduttività esiste solo al di sotto delle loro temperature critiche e al di sotto di una forza di campo magnetico critica. I superconduttori di tipo I hanno limitate applicazioni pratiche perché la forza del campo magnetico critico necessario per distruggere la superconduttività è piuttosto bassa.

I superconduttori di tipo II hanno campi magnetici critici molto più alti e possono trasportare densità di corrente molto più elevate rimanendo nello stato superconduttore. Vari materiali ceramici contenenti ossido di bario-rame hanno temperature critiche molto più alte per la transizione allo stato superconduttore. I materiali superconduttori che appartengono a questa sotto categoria di superconduttori di tipo II sono spesso categorizzati come superconduttori ad alta temperatura.

Quando un magnete permanente viene posizionato su qualsiasi tipo di materiale superconduttore, il magnete viene respinto e levita in una posizione stabile a causa dell'effetto Meissner. I superconduttori sono classificati in gruppi di tipo I e di tipo II in base al loro comportamento e alle loro caratteristiche.

I superconduttori di tipo I fungono da conduttori quando funzionano a temperatura ambiente. Tuttavia, quando raffreddato al di sotto della temperatura critica, il movimento molecolare all'interno della sostanza si riduce, consentendo alla corrente di fluire il più liberamente possibile.

In genere sono costituiti da metalli puri come mercurio, zinco, alluminio, piombo, ecc. e obbediscono pienamente all'effetto Meissner pur avendo un basso campo magnetico critico.

I superconduttori di tipo II presentano una fase intermedia di proprietà ordinarie e superconduttive miste a temperature intermedie e campi superiori alle fasi superconduttive.

In genere comprendono niobio elementare, vanadio, tecnezio e leghe metalliche o ossidi complessi.

I superconduttori di tipo II obbediscono parzialmente all'effetto Meissner e hanno due campi magnetici critici.