Supereroankortasun: berrikuspenen arteko aldeak

1986. urtetik aintzinerat material exotiko berriak aurkitu dira, [[zeramika]] bereziak, zeinen tenperatura kritikoa <math> T_c </math> [[nitrogeno]] likidoaren tenperatura baino altuagoa den. Aurkikuntza honen bidez, ikerlarien interesa supereroalengana zuzendu da era harrigarrian, material mota hauetan ez bait dakigu supereroankortasun propietatearen zergatia oraindik azaltzen. Gainera <math> T_c </math> altuko materialek erraztu egiten dituzte gure eguneroko bizitzan garrantzitsuak izan daitezkeen aplikazioak bilatzen.

 

 

Supereroaleen propietate gehienak material batetik bestera aldatzen dira, tenperatura kritikoa eta bero ahalmena esate baterako. Baina beste batzuk orokorrak dira, eta horregatik esan dezakegu supereroankortasuna fase termodinamikoa dugula.

 

Erresistentzia elektrioka korronte elektrikoaren garraiapenari material batek jartzen dion traba da. Ohmen legearen bidez kalkula daiteke ''R=V/I'', non ''V'' eta ''I'' potentzial tentsioa eta korronte elektrikoa diren hurrenez-hurren. Erresistentziaren unitatea nazioarteko sisteman ohmnioa dugu, Georg Simon Ohm fisikari alemaniarraren omenez, ikurra <math>\Omega</math>. Berau neurtzeko korronte bat pasarazten da materialetik eta tentsioa erorketa neurtzen da, ''V''=0 bada orduan erresistentzia zero dugu eta material hori egoera supereroalean dagoela esan genezake.

 

Eroale arrunt batean korronte elektrikoa metalen zeharreko elektroien higidura dela suposa dezakegu, elektroiak etengabe talka egiten dute metalean dauden ioi positiboekin eta garraiatzen duten energiaren zati bat ioiak xurgatzen du bibrazio energia modura (beroa). Horrela korrontearen energia denbora guztian barreiatzen ari da. Aldiz supereroaletarako ezin dugu ikuspegi hau erabili.

 

[[Irudi:Cvandrhovst.png|thumb|right|400px|Bero ahalmen (c_v) eta erresistibitatearen (ρ) portaera supereroankortasunerako fase trantzisioan]]

Supereroaleek tenperatura kritiko baten azpitik soilik jokatzen dute era berezi horretan. <math>T_c</math> hori materialetik materialera aldatzen da, adibidez supereroale ''arruntetan'', merkurioa kasu, 1 K eta 20 K arteko balioak hartzen ditu tenperatura kritikoak, merkurioan zehazki 4.2 K. 2001 urterarte <math>MgB_2</math> zen 39 K-etako tenperatura kritikoarekin material arruntetako tenperatura kritiko handiena zuena, eta dirudiena baino exotikoagoa da, beste boranoekin konparatuz <math>T_c</math> oso altua bait dauka.

Kobrearen oxidoekin osatutako supereroaleek 92 K-eko tenperatura kritikoak dituzte, adibidez <math>YBa_2Cu_3O_7</math>, eta merkurioz egindakoak 130 K-etako tenperatura kritikora heldu dira. Badirudi 150 K-etakoa dela gaur egungo errekorra. Material supereroale arruntetarako (lehengo motakoetarako) badago azalpen teorikorik propietate hau azaltzeko, aldiz ezin da azken hauetara hedatu (bigarren motakoak). Supereroankortasunera daramatzan prozesua fase trantsiziotzat hartzen da beste propietate fisiko batzuk aldatu egiten direlako ere bai. Materialaren bero espezifikoak, kasu, jauzi bat jasaten du; supereroale izatera pasatzen den trantsizioan lineala izatetik <math>e^{-\alpha/T}</math> bezalako menpekotasuna izatera pasatzen da, <math>\alpha</math> konstante arbitrarioa izanik.

 

 

Supereroale bati <math>\vec{B}</math> eremu magnetiko ahul bat aplikatzen badiogu, eremua materialean <math>\lambda</math> distantzia bat sartuko da, '''Londonen sartze-sakonera''' deritzona, baina segituan eremua barruan zerora joango. ''Meissner efektua'' deritzo supereroaleen barruan eremu magnetikoak egotearen ezintasunari, baina ez da diamagnetismo perfektuarekin nahastu behar, supereroaleen propietate esklusiboa bait da. Egia da supereroaleak suszeptibilitate magnetiko perfektua dutela, <math>\chi_m = - 1</math>, iragazkortasuna zero balitz bezala. Baino Meissner efektua haratago doa.

Efektu hau da fisikako dibulgatzaileek erabiltzen dutenetako bat jendea erakartzeko esperimentu harrigarri baten bidez. Material supereroale bat, <math>T_c</math> altukoa, hoztu egiten dute nitrogeno likidoa erabiliz eta magneto txiki bat jartzen dute gainean, argi ikusi daiteke nola iman txiki horrek lebitatu egiten duen sarritan jendea ahozabal utzirik, gainera guztiz geldi egon daiteke edo mugitzen aritu marruskadurarik gabe.

 

Lehenego motako supereroaleak ingurugiro tenperaturan eroankortasunik erakusten duten metal edo erdi-metaletaz osatzen da. Tenperatura ikaragarri baxuak behar dituzte bibrazio molekularrak geldiarazteko, elektroi-pare askeei erraztasunez ibiltzen uzteko BCS teoriak aurresaten duen bezala. BCS teoriak dio elektroiak ''Cooper pareetan'' biltzen direla, hau da, binaka, elkarri trabak saihesten laguntzeko.

 

Beruna, merkurioa, indioa, lantanoa, eztainua, uranioa, titanioa, kromoa, galioa, aluminioa besteak beste dira lehenego mota hontakoak. Ingurugiro tenperaturan eroankortasun handiena aurkezten duten metalek aldiz, kobrea, zilarra, urrea, ez dira supereroaleak. Presio altuak aplikatuz beste elementu batzuk supereroale izatera pasa daitezke, adibidez fosforoa 2.5 Mbar-etako presioan <math>T_c</math> handiena duen I motako materiala da.

 

 

Vanadio, teknezio eta niobioaz aparte bigarren motako supereroaleak konposatu eta aleazio metalikoak dira. Orain dela gutxi aurkitutako perovskiten taldea hemen sartzen da, perovskitak metal oxidotaz osatutako keramikak dira, topatu ziren arte oxidoek erresistibo fama zeukaten, eta ez edonolakoa, baina gaur egun material hauen propietate supereroaleek txunditurik ditu ikertzaileak eta ezin izan dute oraindik teorikoki argitu.

Gainera, supereroale egoerara iristeko gradualki joaten da euren suszeptibilitatea lehenego motakoak ez bezala, hauen erresistibitatea kolpean jaisten da. Bigarren motako materialak supereroaletasuna lortzeko tarteko egoera batean egon behar dute lehenik, lehen azaldu duguna hain zuzen.

 

 

Propietate honen aurkikuntzarako ezinbestekoa izan zen helioa likidotzea, eta hau 1908. urtean urtean Heike Kamerlingh Onnes zientzilariak egin zuen. Onnesek ere supereroankortasuna topatu zuen merkurio solidoaren erresisentzia neurtzen ari zela tenperatu baxuak lortzeko helio likidoa hozgarritzat erabiliz. 4.2 Ketako tenperaturan erresistentzia zerora zuzenean jaisten zela ikusi zuen.

2007ko martxorarte gutienez topatu izan den tenperatura altueneko supereroaleak 138 Ketakoa da.

 

 

Supereroaleen aplikazioak anitzak dira, gaur egun asko erabiltzen dira teknologia modernoa egiteko. Azken urteotako aurrerapenik erabilgarrienetakoa dugu.

 

 

Lebitazio magnetikoa, Maissner efektuarekin ulertzen dena, oso erabilgarria da gaur egun. Batez ere propietate honen erabilerak garraioan topatu daitezke. Magneto poteretsuek tren bat lebitatzen jar dezakete eta marruskadurarik gabe trena higiarazi itzelezko abiadurak lor daitezkelarik energia gastu urriarekin. Trenen trakatra ezeroso hori desagertu egingo litzateke mota honetako trenetan. Japonen egun horrelako tren experimentala topa dezakegu, Yamanashi Maglev Test Line deritzona. Hau bera ere iman arruntekin egin zitekeen baina energia elektriko handia xahutuko litzateke bero modura. 2003ko abenduan MLX01 ibilgailuak 581 Km/H abiadura lortu zuen, supereoaleen bidez lebitatzen duen trenetako prototipo batek hain zuzen ere. 1997. urtean Birmingham hiri inglesean 11 urtez era komertzialean ibilitako munduko lehenego ''MAGLEV'' trenak itxi behar izan zuen horrexegatik. Shangain, Pudong International Airporten maglev motako tren bat dabil 30 Km-ko ibilbidea eginez.

 

 

Medikuntzarako oso erabiliak dira supereroaleen bidez egindako elektroimanak. Erresonantzia magnetikoak egiteko adibidez, gorputzari eremu magnetiko bat aplikatzen zaio eta gure barneko hidrogeno atomoak (uran aurkitzen dira) eta beste zenbait molekula astunek erradiazio detektagarria igortzen dute. Honela gure gorputzeko atal desberdinen barruko irudiak ikusi ditzazkegu X-izpiak aplikatu ezin daitezken tokietan, edo X-izpiek ikusten ez dituzten gauzak ikusi. Magnetoenzefalografiak egiteko erabiltzen dira ere bai.

Korea Research Institute of Standards ans Science, ''KRISS'' delakoaren barruko supereroankortasunaren aplikazioak ikertzen dituen taldeak ''SQUID'' (Superconducting QUantum Interference Device) delako makinaren bidez, gauss bat baino ehun miloi aldiz ahulagoa den eremu magnetiko baten aldaketa topa dezake, hau da, <math>10^{-15}</math> teslatako zehaztasuna du. Honen bidez gure gorputzean eremu magnetiko txikiak aplikatuta ere ''SQUID''aren bidez detaile txikienak ere ikus daitezke, arrisku biologikoa minimizatuz.

 

 

Partikula azeleragailuetan, nola ez, elektroimanen erabilera zilegi da, eta elektroiman hauek egiteko supereroaleak erabiltzen dituzte. Adibidez CERN famatuan, ''Large Hadron Collider'', edo ''LHC'' delako partikula azeleragailuak honelako imanak erabiltzen ditu partikulak argiaren abiadurarekin konparagarriak diren abiadetara irits daitezen, energia handiko talkak gertarazteko. Talka hauen bidez partikula berriak sortzen dira, eta horiek dira detektagailuetan ikusten direnak, gero euren ibilbidea eta beste zenbait datu prozesatuz ikertu egiten dute euren natura, eta identifikatu egiten dituzte teoriak osatu, eraiki edo frogatzeko.

 

 

<math>T_c</math> altuko supereroaleez egindako generadore elektrikoak oso eraginkorrak dira gaur egun. Kobrezko hariaz egindakoak baino askoz etekin handiagoa lortzen dute, %99 baino handiagoa. Gainera euren tamaina, sorgailu arrunten erdia da.

 

* {{en}} [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/scond.html Supereroaleen Sarrera]

* {{en}} [http://www.ornl.gov/info/reports/m/ornlm3063r1/contents.html Irakasleentzako Superaroaleen Gaineko Gida]

 

{{wikiproiektu|Fisika|Fisika}}

 

[[Kategoria:Fisika]]

[[simple:Superconductor]]

[[sk:Supravodivosť]]

[[sr:Суперпроводност]]

[[sv:Supraledare]]