La cantidad que se ha estudiado con más detalle es la temperatura crítica, la cual en muchos casos disminuye según aumenta la raíz cuadrada de la masa atómica M de los átomos que forman la red, es decir, (donde k es una constante cualquiera).
Fue observado por primera vez por Emanuel Maxwell,[1] e independientemente por Charles A. Reynolds y otros[2] en marzo de 1950, y su explicación es uno de los logros de la teoría BCS.
Desde el punto de vista histórico tiene una importancia clave, pues fue la pista fundamental para que los físicos se dieran cuenta de que la superconductividad estaba relacionada con los fonones. Dicho de otra manera, la superconductividad no era un fenómeno meramente electrónico, sino que estaba relacionado con las vibraciones de la red, dado que estas vibraciones dependen a su vez de la masa atómica de los átomos que la constutiyen. Antes del descubrimiento de este efecto el origen de la superconductividad era mucho más oscuro, y se especulaba que podía estar relacionada con efectos de segundo orden, como el acoplamiento espín-órbita, el acoplamiento espín-espín o interacciones magnéticas, ya que todos ellos dependen de v2/c2 y son del orden de 10-8eV.[3] Sin embargo, si estos efectos fueran la causa principal, la temperatura crítica no dependería de la masa atómica de los átomos que forman la red.
Antes de la publicación de la teoría BCS, se propuso que el efecto isotópico no tenía por qué estar relacionado con las vibraciones de la red, ya que el decrecimiento de la temperatura crítica podría deberse a que al calentar la sustancia la agitación creciente de los átomos red podría romper el estado superconductor a una temperatura que dependiera de la masa. Sin embargo, Richard Feynman rechazó esta idea, puesto que la diferencia de energía interna entre el estado superconductor y el estado normal dependían de la masa atómica incluso en el cero absoluto (y no únicamente cuando se rompía el estado superconductor).
El coeficiente isotópico
Para expresar el efecto isotópico se suele emplear el coeficiente isotópico:
de forma que:
Por lo tanto, si se considera que la temperatura crítica depende de la inversa de la raíz cuadrada (como se comentó en la introducción), se está diciendo que , el cual es el valor experimental aproximado para la mayoría de los superconductores de tipo I. Sin embargo, en ciertos casos puede alcanzar valores tan elevados como 1.4 (para ciertos fulerenos) o tan bajos que llegan a ser negativos (caso del uranio, para el cual ).
En la siguiente tabla se presentan algunos valores de coeficientes isotópicos[4]
CA Reynolds, B Serin, WH Wright, y LB Nesbitt, Phys. Rev. 78, 487 (1950)
RP Feynman (abril de 1957). «Superconductivity and Superfluidity». Review of Modern Physics29 (2): 205 - 212. doi:10.1103/RevModPhys.29.205.
Datos tomados, salvo que se indique lo contrario, de: A Bill, VZ Kresin y SA Wolf (21 de enero de 1998). «The Isotope Effect in Superconductors». arXiv.
DG Hinks, H Claus y JD Jorgensen (24 de mayo de 2001). «The complex nature of superconductivity in MgB2 as revealed by the reduced total isotope effect». Nature411: 457 - 460. doi:10.1038/35078037.
E Cappelluti y otros (marzo de 2002). «High Tc Superconductivity in MgB2 by Nonadiabatic Pairing». Physical Review Letters88 (11). doi:10.1103/PhysRevLett.88.117003.
Datos:Q8772545
Agosto 11, 2021
efecto, isotópico, para, otros, usos, este, término, véase, desambiguación, efecto, isotópico, observado, materiales, superconductores, consiste, variación, alguna, propiedades, emplear, muestras, constituidas, distintos, isótopos, general, magnitudes, varían,. Para otros usos de este termino vease Efecto isotopico desambiguacion El efecto isotopico es observado en los materiales superconductores y consiste en la variacion de alguna de sus propiedades al emplear muestras constituidas por distintos isotopos Por lo general las magnitudes que varian son la temperatura critica Tc el campo magnetico critico Hc o la longitud de penetracion l La cantidad que se ha estudiado con mas detalle es la temperatura critica la cual en muchos casos disminuye segun aumenta la raiz cuadrada de la masa atomica M de los atomos que forman la red es decir T c k M displaystyle T c k sqrt M donde k es una constante cualquiera Sin embargo se ha visto que con superconductores no convencionales es decir aquellos que no estan explicados dentro de la teoria BCS entre los que se incluyen los de alta temperatura esta regularidad tiene muchas excepciones Perspectiva historica EditarFue observado por primera vez por Emanuel Maxwell 1 e independientemente por Charles A Reynolds y otros 2 en marzo de 1950 y su explicacion es uno de los logros de la teoria BCS Desde el punto de vista historico tiene una importancia clave pues fue la pista fundamental para que los fisicos se dieran cuenta de que la superconductividad estaba relacionada con los fonones Dicho de otra manera la superconductividad no era un fenomeno meramente electronico sino que estaba relacionado con las vibraciones de la red dado que estas vibraciones dependen a su vez de la masa atomica de los atomos que la constutiyen Antes del descubrimiento de este efecto el origen de la superconductividad era mucho mas oscuro y se especulaba que podia estar relacionada con efectos de segundo orden como el acoplamiento espin orbita el acoplamiento espin espin o interacciones magneticas ya que todos ellos dependen de v2 c2 y son del orden de 10 8 eV 3 Sin embargo si estos efectos fueran la causa principal la temperatura critica no dependeria de la masa atomica de los atomos que forman la red Antes de la publicacion de la teoria BCS se propuso que el efecto isotopico no tenia por que estar relacionado con las vibraciones de la red ya que el decrecimiento de la temperatura critica podria deberse a que al calentar la sustancia la agitacion creciente de los atomos red podria romper el estado superconductor a una temperatura que dependiera de la masa Sin embargo Richard Feynman rechazo esta idea puesto que la diferencia de energia interna entre el estado superconductor y el estado normal dependian de la masa atomica incluso en el cero absoluto y no unicamente cuando se rompia el estado superconductor El coeficiente isotopico EditarPara expresar el efecto isotopico se suele emplear el coeficiente isotopico a M T c D T c D M displaystyle alpha frac M T c frac Delta T c Delta M de forma que T c k M a displaystyle T c kM alpha Por lo tanto si se considera que la temperatura critica depende de la inversa de la raiz cuadrada como se comento en la introduccion se esta diciendo que a 1 2 displaystyle alpha 1 2 el cual es el valor experimental aproximado para la mayoria de los superconductores de tipo I Sin embargo en ciertos casos puede alcanzar valores tan elevados como 1 4 para ciertos fulerenos o tan bajos que llegan a ser negativos caso del uranio para el cual a 2 displaystyle alpha 2 En la siguiente tabla se presentan algunos valores de coeficientes isotopicos 4 Sustancia Coeficiente isotopico a ObservacionesMercurio Hg 0 5 0 03Talio Tl 0 5 0 1Cadmio Cd 0 5 0 1Molibdeno Mo 0 33 0 05Osmio Os 0 21 0 05Rutenio Ru 0 0Circonio Zr 0 0Uranio U 2Diboruro de magnesio MgB2 0 32 5 0 30 6 sustitucion de isotopos del boroHidruro de paladio PdH o PdD 0 25 sustitucion de hidrogeno por deuteriooxido de cobre lantano y estroncio La1 85Sr0 15CuO4 0 07 sustitucion de 16O por 18Ooxido de cobre lantano y estroncio La1 89Sr0 11CuO4 0 75 sustitucion de 16O por 18OBuckminsterfuleruro tripotasico K3C60 0 37 o 1 4 sustitucion de 12C por 13CReferencias Editar E Maxwell Phys Rev 78 477 1950 CA Reynolds B Serin WH Wright y LB Nesbitt Phys Rev 78 487 1950 RP Feynman abril de 1957 Superconductivity and Superfluidity Review of Modern Physics 29 2 205 212 doi 10 1103 RevModPhys 29 205 Datos tomados salvo que se indique lo contrario de A Bill VZ Kresin y SA Wolf 21 de enero de 1998 The Isotope Effect in Superconductors arXiv DG Hinks H Claus y JD Jorgensen 24 de mayo de 2001 The complex nature of superconductivity in MgB2 as revealed by the reduced total isotope effect Nature 411 457 460 doi 10 1038 35078037 E Cappelluti y otros marzo de 2002 High Tc Superconductivity in MgB2 by Nonadiabatic Pairing Physical Review Letters 88 11 doi 10 1103 PhysRevLett 88 117003 Datos Q8772545Obtenido de https es wikipedia org w index php title Efecto isotopico amp oldid 136625842, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,
