Semiconductores y superconductores ejemplos

Semiconductores y superconductores ejemplos

mercurio

Un imán levitando sobre un superconductor de alta temperatura, enfriado con nitrógeno líquido. En la superficie del superconductor fluye una corriente eléctrica persistente que excluye el campo magnético del imán (ley de inducción de Faraday). Esta corriente forma efectivamente un electroimán que repele al imán.

La superconductividad es un conjunto de propiedades físicas observadas en ciertos materiales en los que la resistencia eléctrica desaparece y los campos de flujo magnético son expulsados del material. Cualquier material que presente estas propiedades es un superconductor. A diferencia de un conductor metálico ordinario, cuya resistencia disminuye gradualmente a medida que se reduce su temperatura, incluso hasta casi el cero absoluto, un superconductor tiene una temperatura crítica característica por debajo de la cual la resistencia cae bruscamente a cero. Una corriente eléctrica a través de un bucle de cable superconductor puede persistir indefinidamente sin fuente de alimentación[1][2][3][4].

El fenómeno de la superconductividad fue descubierto en 1911 por la física holandesa Heike Kamerlingh Onnes. Al igual que el ferromagnetismo y las líneas espectrales atómicas, la superconductividad es un fenómeno que sólo puede explicarse mediante la mecánica cuántica. Se caracteriza por el efecto Meissner, la expulsión completa de las líneas de campo magnético del interior del superconductor durante sus transiciones al estado superconductor. La aparición del efecto Meissner indica que la superconductividad no puede entenderse simplemente como la idealización de la conductividad perfecta en la física clásica.

propiedades de los superconductores

¿Te has preguntado alguna vez cómo funciona una resonancia magnética o cómo los teléfonos móviles pueden ser más avanzados? Después de completar esta lección, serás capaz de explicar qué son los semiconductores y los superconductores y dar ejemplos de cómo se utilizan.

¿Qué es un superconductor? Un superconductor es un material que actúa de forma extraña cuando se enfría a una determinada temperatura. Cuando estos materiales se encuentran a esa temperatura especial, que llamamos temperatura crítica, se convierten de repente en conductores perfectos. ¿Qué queremos decir con esto? Pues que su resistencia es nula. Una corriente en un superconductor puede seguir fluyendo sin ningún deterioro, para siempre. Para la mayoría de los materiales, esta temperatura crítica es tan increíblemente fría que tardaríamos mucho tiempo en poder alcanzarla. La temperatura crítica suele estar entre el cero absoluto y los 10 Kelvin (o entre -273 Celsius y -263 Celsius). Sin embargo, en las últimas décadas hemos descubierto materiales que actúan como superconductores a temperaturas mucho más altas, de hasta 125 Kelvin (o -148 Celsius). Esto sigue siendo extremadamente frío, pero es mucho más fácil de conseguir para aplicaciones de la vida real, ya que podemos alcanzar estas temperaturas simplemente utilizando nitrógeno líquido.

definición de superconductor

Los dispositivos semiconductores pueden presentar una serie de propiedades útiles, como pasar la corriente más fácilmente en una dirección que en otra, mostrar una resistencia variable y tener sensibilidad a la luz o al calor. Dado que las propiedades eléctricas de un material semiconductor pueden modificarse mediante el dopaje y la aplicación de campos eléctricos o luz, los dispositivos fabricados con semiconductores pueden utilizarse para la amplificación, la conmutación y la conversión de energía.

La conductividad del silicio se aumenta añadiendo una pequeña cantidad (del orden de 1 en 108) de átomos pentavalentes (antimonio, fósforo o arsénico) o trivalentes (boro, galio, indio). Este proceso se conoce como dopaje, y los semiconductores resultantes se conocen como semiconductores dopados o extrínsecos. Aparte del dopaje, la conductividad de un semiconductor puede mejorarse aumentando su temperatura. Esto es contrario al comportamiento de un metal, en el que la conductividad disminuye con el aumento de la temperatura.

La comprensión moderna de las propiedades de un semiconductor se basa en la física cuántica para explicar el movimiento de los portadores de carga en una red cristalina[1] El dopaje aumenta en gran medida el número de portadores de carga dentro del cristal. Cuando un semiconductor dopado contiene huecos libres, se denomina «tipo p», y cuando contiene electrones libres, se conoce como «tipo n». Los materiales semiconductores utilizados en los dispositivos electrónicos se dopan en condiciones precisas para controlar la concentración y las regiones de los dopantes de tipo p y n. Un solo cristal de dispositivo semiconductor puede tener muchas regiones de tipo p y n; las uniones p-n entre estas regiones son las responsables del comportamiento electrónico útil. Utilizando una sonda de punto caliente, se puede determinar rápidamente si una muestra de semiconductor es de tipo p o n[2].

diferencia entre semiconductores y superconductores

El fenómeno de la superconductividad fue descubierto por el físico danés H. Kamerlingh Onnes (1853-1926; Premio Nobel de Física, 1913), que encontró la forma de licuar el helio, que hierve a 4,2 K y 1 atm de presión. Para aprovechar las bajísimas temperaturas que permitía este nuevo fluido criogénico, inició un estudio sistemático de las propiedades de los metales, especialmente las eléctricas. Como la resistencia eléctrica de una muestra es técnicamente más fácil de medir que su conductividad, Onnes midió la resistividad de sus muestras. La resistividad y la conductividad de un material son inversamente proporcionales:

En 1911, Onnes descubrió que a unos 4 K, la resistividad del mercurio metálico (punto de fusión = 234 K) disminuía repentinamente hasta llegar a ser esencialmente cero, en lugar de seguir disminuyendo sólo lentamente con la disminución de la temperatura, como se esperaba (figura 8.7.1). Llamó a este fenómeno superconductividad, es decir, el fenómeno en el que un sólido a bajas temperaturas presenta una resistencia nula al flujo de la corriente eléctrica, porque una resistividad nula significa que una corriente eléctrica puede fluir eternamente. Onnes pronto descubrió que muchos otros elementos metálicos presentan superconductividad a muy bajas temperaturas. Cada uno de estos superconductoresSólido que a bajas temperaturas presenta una resistencia nula al flujo de la corriente eléctrica. tiene una temperatura de transición superconductora (Tc)Temperatura a la que la resistencia eléctrica de un material desciende a cero. a la que su resistividad desciende a cero. A temperaturas inferiores a su Tc, los superconductores también expulsan completamente un campo magnético de su interior (parte (a) de la figura 8.7.2 ). Este fenómeno se denomina efecto MeissnerEl fenómeno por el cual un superconductor expulsa completamente un campo magnético de su interior. en honor a uno de sus descubridores, el físico alemán Walther Meissner, que describió el fenómeno en 1933. Debido al efecto Meissner, un superconductor realmente «flotará» sobre un imán, como se muestra en la parte (b) de la figura 8.7.2.