Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della Il fenomeno della superconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitàààààààà

Aurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo GallittoAurelio Agliolo Gallitto

Dipartimento di Fisica e ChimicaDipartimento di Fisica e Chimica

UniversitUniversitàà di Palermodi Palermo21 novembre 201321 novembre 2013

Centenario della scoperta 1911 Centenario della scoperta 1911 Centenario della scoperta 1911 Centenario della scoperta 1911 ---- 2011201120112011

Sommario Sommario Sommario Sommario Sommario Sommario Sommario Sommario • Cenni storiciCenni storiciCenni storiciCenni storici

• ProprietProprietProprietProprietàààà fenomenologichefenomenologichefenomenologichefenomenologiche dei superconduttoridei superconduttoridei superconduttoridei superconduttori

– Perfetta conduzione elettrica

– Perfetto diamagnetismo

• Modelli Modelli Modelli Modelli fenomenologicifenomenologicifenomenologicifenomenologici della superconduttivitdella superconduttivitdella superconduttivitdella superconduttivitàààà

– Modello a due fluidi

– Teoria di London

• Cenni sulla teoria microscopica della superconduttivitCenni sulla teoria microscopica della superconduttivitCenni sulla teoria microscopica della superconduttivitCenni sulla teoria microscopica della superconduttivitàààà

• Superconduttori non convenzionaliSuperconduttori non convenzionaliSuperconduttori non convenzionaliSuperconduttori non convenzionali

• Applicazioni attuali e future dei superconduttoriApplicazioni attuali e future dei superconduttoriApplicazioni attuali e future dei superconduttoriApplicazioni attuali e future dei superconduttori

La liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dellLa liquefazione dell’’’’’’’’elioelioelioelioelioelioelioelioL’ultimo rush della corsa verso la liquefazione dell’elio è stato vinta nel 1908 da un fisico olandese: HiekeHiekeHiekeHieke KamerlinghKamerlinghKamerlinghKamerlingh OnnesOnnesOnnesOnnes....

La ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperatureLa ricerca in fisica delle basse temperature

Dewar – la resistenza si annullerebbe.

Kelvin – gli elettroni inizierebbero a

congelarsi riducendo il loro moto,

quindi la resistenza dovrebbe

aumentare.

Matthiessen – la resistenza

rimarrebbe costante a un valore non

nullo.

Cosa succede alla resistenza elettrica dei metalli raffreddati

vicino lo zero assoluto?

Augustus Matthiessen (1831 – 1870)

La scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitLa scoperta della superconduttivitàààààààà

Nel 1911, Heike Kamerlingh Onnes scoprì che la resistenza elettrica del mercurio

raffreddato alla temperatura di 4.2 K si annullava bruscamente: aveva scoperto la aveva scoperto la aveva scoperto la aveva scoperto la

superconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitsuperconduttivitàààà....

La Superconduttività è un fenomeno fisico che caratterizza molte sostanze, le quali

raffreddate al di sotto di una temperatura critica, Tc, presentano eccezionali

proprietà elettriche e magnetiche.

HeikeHeikeHeikeHeikeHeikeHeikeHeikeHeike KamerlingKamerlingKamerlingKamerlingKamerlingKamerlingKamerlingKamerling OnnesOnnesOnnesOnnesOnnesOnnesOnnesOnnes e e e e e e e e JohannesJohannesJohannesJohannesJohannesJohannesJohannesJohannes DiderikDiderikDiderikDiderikDiderikDiderikDiderikDiderik vanvanvanvanvanvanvanvan derderderderderderderder WaalsWaalsWaalsWaalsWaalsWaalsWaalsWaals

con il primo con il primo con il primo con il primo con il primo con il primo con il primo con il primo liquefattoreliquefattoreliquefattoreliquefattoreliquefattoreliquefattoreliquefattoreliquefattore di eliodi eliodi eliodi eliodi eliodi eliodi eliodi elio

ProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietàààààààà Elettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei SuperconduttoriElettriche dei Superconduttori

Resistività elettrica dc nulla

Modello a due fluidi di Gorter e Casimir

Teoria Teoria Teoria Teoria Teoria Teoria Teoria Teoria fenomenologicafenomenologicafenomenologicafenomenologicafenomenologicafenomenologicafenomenologicafenomenologica: il modello a : il modello a : il modello a : il modello a : il modello a : il modello a : il modello a : il modello a

due fluidi di due fluidi di due fluidi di due fluidi di due fluidi di due fluidi di due fluidi di due fluidi di GorterGorterGorterGorterGorterGorterGorterGorter e e e e e e e e CasimirCasimirCasimirCasimirCasimirCasimirCasimirCasimir

La corrente è trasportata da due tipi di portatori: gli elettroni normali e quelli

superfluidi.

Gli elettroni normali si comportano in modo usuale e seguono la legge di Ohm.

Gli elettroni superfluidi invece non dissipano.

ProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietàààààààà Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Superconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I Tipo

Espulsione del campo magnetico: effetto Meissner

ProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietProprietàààààààà Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei Magnetiche dei

Superconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I TipoSuperconduttori di I Tipo

Meissner effect

• B = µ0(H +M) = 0

• M/H = −1

Riferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti BibliograficiRiferimenti Bibliografici

� EDUMAT: dalla pietra al microchip, CD-ROM realizzato dall’Istituto Nazionale

per la Fisica della Materia (Genova), Gruppo Ed. Giunti (Genova) e Laboratorio

Interprovinciale di Informatica (Parma) 1997

� Physics Today, The discovery of superconductivity, Settembre 1996

� Le Scienze, La struttura magnetica dei superconduttori, Giugno 1971

� Le Scienze, Le future applicazioni dei nuovi superconduttori, Febbraio 1989

� www.superconductors.org

� S. Blundell, Superconductivity, Oxford University Press 2009

� Superconductivity, Physics World, Aprile 2011 pp. 17 – 43

� en.wikipedia.org

Dipartimento di Fisica e Chimica

���� Via Archirafi 36, 90123 Palermo

℡℡℡℡ Tel 091 238.91702917029170291702

���� Fax 091 6162461

���� aurelio.agliologallittoaurelio.agliologallittoaurelio.agliologallittoaurelio.agliologallitto@unipa.it

���� sites.google.com/site/aurelioagliologallittoaurelioagliologallittoaurelioagliologallittoaurelioagliologallitto/

Laboratorio Didattico per la Fisica

Facoltà di Scienze MM. FF. NN.

Via Archirafi 28, 90123 Palermo

ContattiContattiContattiContattiContattiContattiContattiContatti