Vórtices

Los superconductores de tipo II expulsan totalmente el campo magnético (diamagnetismo perfecto) hasta un campo magnético crítico Hc1. Por encima de Hc1 el superconductor y el campo magnético llegan a un compromiso y el superconductor deja pasar parte del campo magnético a través de los vórtices, en los que se destruye la superconductividad. De esta forma el material sigue siendo superconductor con resistencia cero pero sin diamagnetismo perfecto hasta campos críticos magnéticos mucho mayores (Hc2). Al estado entre Hc1 y Hc2 se le denomina estado mixto. Hc2 es mucho mayor que Hc1 por lo que esta propiedad ha hecho posible que los superconductores se puedan utilizar para crear campos magnéticos muy intensos.

Estado mixto en un superconductor tipo II. Figura cortesía de Julien Bobroff, Université Paris-Sud.

El estado mixto se parece a un colador ya que los vórtices son como tubos por los que pasa el campo magnético. Se denominan vórtices porque la corriente del superconductor circula en movimiento espiral de tal forma que permite el paso del campo magnético (ver figura). El estado mixto fue propuesto por Abrikosov en 1956 y más tarde se observó experimentalmente. Muchas técnicas experimentales ponen de manifiesto este estado mixto entre las que cabe destacar las imágenes de STM (microscopía de efecto túnel).

Vórtices vistos mediante STM por cortesía de la UAM. Tesis de Isabel Guillamón.

La teoría de Abrikosov muestra que el flujo magnético que va a través de los vórtices está cuantizado Φ0=h/2e y este valor de Φ0 es una prueba experimental de que los electrones están apareados (pares de Cooper).

En presencia de una corriente los vórtices experimentan una fuerza (la fuerza de Lorentz) que tiende a moverlos hacia un lado en cuyo caso se produce un voltaje resistivo longitudinal. Por lo tanto la corriente crítica disminuye y ya no es un conductor perfecto. La resistencia producida por los vórtices es uno de los problemas técnicos más desafiantes que hay que solventar para la construcción de los cables e imanes superconductores. Un campo activo en investigación es conseguir que las impurezas del material puedan anclar los vórtices de tal forma que aumente la corriente crítica (véase Aplicaciones y Optimización de Materiales en Investigación actual).