Il fenomeno della superconduttività

6. La corrente critica superconduttiva e l’ancoraggio dei flussoni

di Daniele Di Gioacchino

 

La corrente critica massima dovrebbe essere quella che fornisce un energia tale per “rompere le coppie di Cooper” in elettroni singoli. Questo accade per i superconduttore di tipo I ma purtroppo non avviene per i superconduttori di tipo II che possiedono un campo critico magnetico molto alto e quindi ci si aspetta un altrettanto alto valore di corrente critica. Questo è dovuto al seguente effetto: quando si applica una supercorrente i quanti di flusso presenti nel materiale subiscono una forza di Lorentz.

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Fig.8 Stato misto in un superconduttore ideale in presenza di un campo magnetico e di una supercorrente: i quanti di flusso sono sottoposti a una forza di Lorentz e si muovono nel materiale.

 

 

I quanti di flusso cominciano a muoversi nel superconduttore, ma nel moto i cuori dei flussoni che sono in uno stato normale resistivo producono calore per effetto Joule. Il calore fa aumentare velocemente la temperatura e il materiale transisce nello stato normale.

E’ la stessa supercorrente in presenza di campo magnetico che produce la transizione da stato superconduttore a stato normale. In queste condizioni un superconduttore NON può sostenere la supercorrente.

La situazione non è inevitabile, anzi ha degli aspetti tecnologici importanti. In generale un materiale reale ha la presenza di imperfezioni, precipitati, difetti, atomi inquinanti, questi rispetto allo stato superconduttore circostante producono zone che sono elettricamente o con una ‘superconduttività ridotta’ o in uno ‘stato normale’, quindi sono energeticamente favorevoli per posizionare su di essi i cuori normali dei flussoni. Possono essere visti in energia come delle buche di potenziale e formano degli ancoraggi e impediscono il moto dei flussoni.

9-stato-misto-superconduttore-realeFig.9 Stato misto in un superconduttore reale in presenza di un campo magnetico e di una supercorrente: i quanti di flusso sono ancorati presso le imperfezioni del materiale.

Rispetto al cuore normale del quanto di flusso i difetti sono delle buche di potenziale in energia.

Il valore della corrente critica massima sarà connessa con il più piccolo valore della forza di ancoraggio presente nel superconduttore. Dal punto di vista tecnologico si può controllare questo stato e così si può aumentare il valore della supercorrente critica introducendo opportuni atomi inquinanti e creando difetti. Quindi è possibile con processi meccanici e chimici aumentare il valore della corrente critica superconduttiva. Valori della densità di corrente critica raggiunti nei superconduttori sia a bassa che alta Tc sono molto alti, dell’ordine 108 (Ampere/cm2).

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