Il comportamento dei superconduttori nei campi magnetici ad alta intensità
Il progetto CONDMATH (Mathematical problems in superconductivity and Bose-Einstein condensation), finanziato dall’UE, ha analizzato da un punto di vista matematico i fenomeni che caratterizzano la fisica quantistica moderna, rivolgendo un’attenzione particolare alla superconduttività. Ginzburg e Landau hanno proposto un modello non lineare estremamente utile ai fini della comprensione di tale fenomeno. Rimane tuttavia aperta la questione del comportamento dei materiali superconduttori sottoposti a campi magnetici di elevata intensità. Dai primi esperimenti è emerso che i superconduttori di tipo II sottoposti a campi magnetici di bassa intensità rimangono nello stato generale di superconduttività. In presenza di una forza critica del campo magnetico esterno, che prende il nome di HC1, la superconduttività si rompe in singolarità puntiformi chiamate vortici. Se la forza del campo magnetico aumenta fino a raggiungere un secondo valore critico, chiamato HC2, la superconduttività viene completamente distrutta all’interno rimanendo in una ristretta regione di confine. Il terzo e ultimo campo critico, chiamato HC3, blocca completamente la superconduttività. Il progetto CONDMATH ha fatto luce sulle principali condizioni delle intensità di campo comprese tra un valore inferiore a HC2 e il valore HC3. Queste scoperte hanno a loro volta fornito un quadro matematico completo dei fenomeni fisici descritti per la prima volta negli anni cinquanta. I ricercatori hanno utilizzato un campione a forma sferica sottoposto a un campo magnetico costante che punta sull’oggetto da “sud” a “nord”. Partendo da campi magnetici caratterizzati da intensità molto elevate e riducendo man mano l’intensità, i membri dell’iniziativa CONDMATH hanno calcolato un valore ben definito di HC3 dove la superconduttività compare in una regione ristretta vicino all’“equatore” della sfera. Un’ulteriore riduzione dell’intensità del campo magnetico fa sì che la superconduttività rimanga localizzata nei confini del campione, ma in una regione “tropicale” progressivamente più ampia. I ricercatori sono stati in grado di prevedere correttamente le dimensioni di questa regione “tropicale” per una specifica intensità del campo magnetico. Il secondo campo critico, chiamato HC2, rappresenta il punto in cui la regione “tropicale” raggiunge i “poli” della sfera e la superconduttività inizia ad aumentare all’interno del campione. Quanto alle intensità del campo magnetico leggermente inferiori al valore di HC2, la superconduttività presenta valori uniformemente deboli all’interno, ma che tendono ad aumentare pian piano contestualmente alla riduzione del campo. I superconduttori determinano un aumento dell’efficienza dei dispositivi il cui funzionamento si basa sull’elettricità o il magnetismo a fronte del raggiungimento dell’intervallo di temperatura necessario. Il valore economico delle applicazioni in settori quali elettronica, fornitura di energia, immaginografia medica, trasporto e così via registra attualmente un aumento del 100 % ogni cinque anni. Le nuove scoperte teoriche nel campo della superconduttività rappresentano un elemento importante per ogni nuova applicazione.
Parole chiave
Superconduttività, semiconduttore di tipo II, modello non lineare, campo magnetico, modello di Ginzburg-Landau
