Temperatura y Transición de Fase

La temperatura juega un papel crucial en la comprensión de la superconductividad. En física estadística la temperatura es igual a la energía cinética media de las partículas, es decir mide la capacidad de movimiento de las partículas. Al bajar la temperatura las partículas se mueven cada vez más lentamente y se producen transiciones de fase de gas a líquido y de líquido a sólido. En el sólido el movimiento de las partículas se reduce a las vibraciones de los átomos o iones en su posición dentro de la red iónica: son las llamadas vibraciones térmicas. Típicamente el material pasa de un estado más desordenado a alta temperatura (máxima entropía) a un estado a baja temperatura más ordenado (energía mínima).

En el caso de la transición de fases a un estado superconductor al disminuir la temperatura también ocurre que el estado superconductor es más ordenado pero el orden es en el espacio de velocidades (o más precisamente espacio de momentos con momento igual a masa por velocidad). Este orden es posible gracias a la física cuántica siendo el estado superconductor un estado cuántico colectivo. Las vibraciones térmicas de los iones tienen un papel esencial en el apareamiento de dos electrones para formar pares de Cooper que dan lugar a este estado colectivo.

El primer superconductor que descubrió Karmelingh Onnes estaba a una temperatura de -269ºC, cerca del cero absoluto, y fue posible gracias a que previamente consiguió la licuefacción del helio en 1908. Actualmente el récord en temperatura crítica está en la familia de los cupratos con -135ºC para lo que es suficiente enfriar con nitrógeno líquido cuyo punto de licuefacción es de -196ºC. En vez de grados centígrados los físicos prefieren utilizar grados Kelvin siendo 0ºC=273.15 K. De esta forma el cero absoluto de temperatura (mínimo valor posible de temperatura con mínima entropía) es el 0K.

Saber más: diagrama de fasesfenómeno emergente, transiciones de fase clásicastransiciones de fase cuánticas y fases topológicas.

Foto cortesía de Julien Bobroff de la Universidad de Paris-Sud.