Jhon Ender Duque V CRF

LAS SUPERREDES DE SUPERCONDUCTORES
Su estructura cristalina natural, comparada con la de la mayoría de superconductores clásicos, que son
generalmente metales elementales o aleaciones metálicas, es compleja. Esta formada por un apilamiento de
capas de átomos de distinta naturaleza. Para comprender mejor el papel de estas capas, los investigadores
empezaron a manipular dichos óxidos y a fabricar unas estructuras artificiales, las superredes
superconductoras. Estas superredes están formadas por capas delgadas del superconductor a estudiar,
alternando con capas de otros materiales, cuya composición y cuyo espesor se hacen variar a voluntad.
Para comprender mejor los nuevos materiales que han ido apareciendo en los últimos años hay que dilucidar
la relación entre su estructura cristalina y su superconductividad. Ahí es donde ha resultado muy útil la
fabricación "a medida " de apilamientos de finas capas de tales superconductores : las superredes. ¿que son
las superredes?. Partiendo de la idea de que los óxidos superconductores de alta temperatura cristalina por si
mismos en l estructura en capas, era tentador para el experimentador invertir en la formación de dichas capas,
modificar su apilamiento natural y su composición química, a fin de construir toda una panoplia de materiales,
las superredes, auténticos híbridos que ayudarían a forjar los conceptos importantes.
Estas estructuras artificiales están formadas por superposición de capas ultradelgadas de uno o mas
compuestos, superconductores o no. Cada capa consta de un numero variable de planos atómicos, que puede
estar comprendido entre uno y varias decenas. Cuando una capa es lo bastante gruesa, los planos atómicos se
disponen por si mismos como en el material masivo, y se esta en presencia de una doble periodicidad en la
dirección perpendicular a las capas. La periodicidad creada artificialmente, de Ahí el nombre de superred.
Las superredes de óxidos superconductores fueron realizadas por primera vez en la Universidad de Ginebra en
1989 y luego muy rápidamente al año siguiente en Estados Unidos.
La temperatura critica disminuye rápidamente al aumentar la distancia entre capas superconductoras
sucesivas. Esta explosión de actividades esta ligada a las sorprendentes posibilidades que ofrecen las técnicas
de punta de posición de capas delgadas, con la epitaxis por pulverización catódica o por chorros moleculares.
Esta ultima técnica debe sus rápidos progresos a las exigencias de la fabricación de las superredes
semiconductoras.
¿ De que se trata? Es un recinto a vacío, se dirigen uno o varios chorros de átomos o de moléculas sobre un
substrato en el que se depositan. A medida que los átomos van llegando, se va construyendo el cristal, que
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puede formarse sin ningún defecto si el proceso se lleva cabo cuidadosamente. Para formar las superredes de
óxidos superconductores, los chorros contienen una mezcla de los átomos necesarios en proporciones
calculadas de antemano. El amontonamiento de losa tomos puede detenerse en todo momento tras el deposito
de un cierto numero de planos atómicos, para proceder luego al deposito de otra capa de distinta composición.
Aplicando tales técnicas a los óxidos superconductores, cabe pensar en fabricar estructuras dentro de las
cuales se ha modificado el numero de planos CuO2 de una malla elemental (en los materiales masivos, la
temperatura critica depende del numero de planos de CuO2 por malla elemental). También se puede cambiar
la secuencia de apilamiento entre los grupos de planos de CuO2 y luego observar como estos cambios
estructurales modifican la temperatura critica.
Los primeros resultados de los experimentos, en la Universidad de Ginebra 1989, superaron las previsiones
mas optimistas. El examen por rayos X demostró que las superredes preparadas por pulverización catodia
tienen una calidad cristalina superior a la de las capas simples. Se llega incluso a depositar las capas malla
elemental por malla elemental, lo cual corresponde a espesores extremadamente débiles, del orden de 12
angströms, el compuesto mas utilizado en estos experimentos ha sido, YBaCuO.
Por medio de estas superredes, en las que alternan capas de YBaCuO y de PrBaCuO se ha estudiado la
evolución de las propiedades superconductoras con el espesor de las capas. En 1990 se demuestra que la
temperatura critica decrece rápidamente cuando aumenta la distancia entre los grupos de planos de CuO2.
La superconductividad aparece pues a una temperatura mucho mas baja en una capa formada por una malla
aislada de YBaCuO que en una capa gruesa cuya temperatura es de 90ºK. para obtener una elevada
temperatura critica parece importante apilar las mallas lo cual sugiere que las mallas no se comportan
independientemente unas de otras.
Se produce un nuevo fenómeno que es un "ensanchamiento" de la transición, el material no pasa bruscamente
el estado superconductor a una temperatura dada sino que va perdiendo paulatinamente su resistencia al
disminuir la temperatura.
La interpretación de estos resultados es objeto todavía de muchas investigaciones. En cambio de la
temperatura de transición superconductora al separarse los planos de CuO2 indica que el acoplamiento entre
planos contribuye a aumentar esta temperatura. No obstante, todavía no se ha descubierto la manera de como
el acoplamiento modifica la temperatura critica. El ensanchamiento de las transición esta vinculado a la
aparición espontanea de "vórtices" de corriente en los superconductores de dos dimensiones.
Pero ¿que es un vórtice? Se trata de un torbellino de corrientes eléctricas espontaneas, las supercorrientes, que
pueden aparecer en el superconductor en ausencia de tensión aplicada. En los superconductores
convencionales, los vórtices solo aparecen en presencia de campo magnético y pueden visualizarse como
largos torbellinos de corriente que atraviesen el material.
En los óxidos superconductores, sin embargo, la situación es distinta. Ante todo, en las capas
cuasidimensionales como las que aquí nos interesan, los vórtices pueden aparecer espontáneamente en
ausencia de campo magnético.
Los vórtices nacen por pares y cada vórtice esta ligado a un antivortice en el que la corriente circula en sentido
contrario. Como la energía de un vórtice es proporcional a su longitud, cuanto mas delgadas son las capas,
mas fácil es crear estos pares vórtice/antivortice. A baja temperatura, ambos están ligados. Al aumentar la
temperatura es de esperar que estos pares se disocien a una cierta temperatura característica. El punto crucial
es que estos vórtices se volverán independientes, unos de otros, por encima de esta temperatura. Dicho
movimiento consume energía y todo ocurre como si en el material apreciase una resistencia eléctrica. La
temperatura a la que se disocian los vórtices es pues la temperatura de transición del sistema ya que, por
encima de ella, la resistencia deja de ser nula. Lo esencial es que esa temperatura de transición es mas baja
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que la temperatura critica del material grueso. Cuanto mas delgada es la capa, mas se reduce la temperatura
critica. Así, el intervalo de temperatura en el que se encuentran los vórtices libres aumenta: es el
"ensanchamiento" observado por los investigadores. Esta transición, llamada BKT, encierra todavía muchos
misterios. Las superredes claro esta, son los instrumentos idóneos para resolver la controversia, ya que
permiten relacionar de un modo continuo la malla única y el superconductor masivo.