Fenomeno che si manifesta in molti materiali conduttori e consiste in un repentino calo della resistività per temperature minori di un determinato valore Tc, detto temperatura critica.

Prima del 1986, la più alta temperatura critica osservata era 23,2 K (-249,95 °C) e caratterizzava i composti niobio-germanio. Condizioni termiche così estreme potevano essere mantenute solo impiegando elio liquido, ma il costo estremamente alto di questo refrigerante rendeva improponibile lo sfruttamento industriale di macchine e dispositivi a superconduttore. Nel 1986 gli studi compiuti presso diverse università e centri di ricerca mutarono radicalmente il corso della situazione. Si scoprì, infatti, che composti ceramici a base di ossidi metallici manifestano la transizione allo stato superconduttivo a temperature sufficientemente alte da permettere l'uso di azoto liquido come refrigerante. Poiché questa sostanza è molto meno costosa dell'elio liquido e liquefa a 77 K (-196 °C) impiegando una quantità di energia sensibilmente più bassa di quella richiesta per raggiungere il punto di liquefazione dell'elio, la scoperta della cosiddetta superconduttività ad alta temperatura ha aperto una schiera di potenziali applicazioni che improvvisamente appaiono realizzabili.

Levitazione magnetica

Un cilindretto magnetico rimane sospeso al di sopra di un superconduttore tra i vapori dell'azoto liquido che lo mantengono in uno stato di resistività nulla. Avvicinando il magnete al superconduttore si induce in esso una corrente elettrica il cui verso è tale da generare un campo magnetico opposto a quello inducente. La corrente, grazie alla resistività nulla del superconduttore, fluisce indefinitamente tenendo il magnete sospeso.

 

La superconduttività fu scoperta nel 1911 dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes, il quale osservò la scomparsa della resistenza elettrica nel mercurio per temperature inferiori ai 4,2 K (-269 °C). Nel 1933 i fisici Karl W. Meissner e R. Ochsenfeld riscontrarono un forte diamagnetismo in un superconduttore, compiendo un importante passo verso la comprensione del fenomeno. La spiegazione teorica della superconduttività si ebbe nel 1957, quando i fisici statunitensi John Bardeen, Leon N. Cooper e John R. Schrieffer avanzarono la celebre teoria BCS, specificando la natura quantistica del fenomeno. La transizione allo stato superconduttivo è da ricondurre alla formazione di coppie di elettroni che, in qualità di bosoni, si muovono liberamente nel volume del conduttore. Nel 1962 il fisico britannico Brian Josephson ipotizzò l'esistenza di oscillazioni nell'intensità della corrente elettrica che scorre tra due superconduttori posti in un campo magnetico o elettrico e separati da un sottile strato isolante. L'effetto, noto come effetto Josephson, fu successivamente confermato sperimentalmente.

Poiché un superconduttore non offre alcuna resistenza al passaggio di cariche elettriche, una corrente indotta all'interno di esso continua a circolare per anni senza apprezzabili diminuzioni di intensità e senza spreco di energia sotto forma di calore. Per questa ragione i superconduttori sono impiegati per costruire elettromagneti capaci di generare campi magnetici estremamente intensi con una spesa energetica ridotta.

Potenti magneti a superconduttore sono usati nei più recenti acceleratori di particelle. Inoltre, sfruttando gli effetti quantistici della superconduttività sono stati costruiti strumenti di misura della corrente elettrica, della tensione e del campo magnetico caratterizzati da precisione e sensibilità estreme.

La scoperta di migliori materiali superconduttivi porterà a un più ampio spettro di applicazioni, tra cui calcolatori più veloci e con maggior capacità di memoria, reattori a fusione nucleare nei quali il gas ionizzato è confinato mediante campi magnetici, sospensione magnetica per i treni ad alta velocità e, forse più importante di tutte, allo sviluppo di un più efficiente sistema di produzione e trasporto dell'energia elettrica.