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Outra propriedade muito importante dos materiais supercondutores foi descoberta em 1933 pelos cientistas alemães Karl W. Meissner (1891-1959) e Robert Ochsenfeld (1901-1993). Eles descobriram que os materiais supercondutores se comportavam como diamagnetos perfeitos (χ= -1). Assim, quando estão na presença de um campo magnético externo inferior à Hc (e abaixo de Tc), as linhas de indução magnética são expulsas do interior do material devido a correntes induzidas que surgem na superfície do mesmo, o que faz com que o campo magnético externo seja expulso do seu interior (POOLE et al., 2007; MACHADO, 2005; BUCKEL; KLEINER, 2004). Este fenômeno ficou conhecido como Efeito Meissner. O procedimento adotado de aplicar um campo magnético externo e resfriar a amostra na presença deste campo é conhecido como processo Field Cooling, ou simplesmente processo FC (POOLE et al., 2007).

Outro procedimento de submissão de um supercondutor a campos magnéticos relacionados ao diamagnetismo é denominado de Zero Field Cooling (o

ZFC). Neste caso, o material é resfriado abaixo de Tc, e quando o mesmo entra em

seu estado supercondutor, é aplicado um campo magnético externo inferior a Hc (POOLE et al., 2007). Observa-se que o fluxo magnético é excluído do interior do material. Isso ocorre pela formação de correntes induzidas na superfície do material e que circulam sem dissipação, assim, o campo magnético gerado por elas anula completamente o campo magnético externo (POOLE et al., 2007; MACHADO, 2005).

No caso do processo ZFC, para um supercondutor cilíndrico com buraco central, quando o material é resfriado abaixo de Tc e se aplica um campo magnético, a corrente elétrica superficial de blindagem que surge no material, impede o campo magnético externo de penetrar na amostra, assim como no buraco, de forma que ele se comporta como um diamagneto perfeito (POOLE et al., 2007; MACHADO, 2005). Porém, no processo FC, ao ser aplicado um campo magnético externo, existe a penetração deste em toda a extensão do material e ao longo do buraco central, pois o material se encontra no estado normal (POOLE et al., 2007). Ao se resfriar o material abaixo de Tc, este se torna supercondutor e surgem correntes de blindagem na região externa e interna do cilindro em sentidos opostos (POOLE et al., 2007).

Com isso, o campo magnético é expelido da região externa do cilindro, porém na região central, onde existe o buraco, este não funciona mais como diamagneto e a penetração do campo magnético externo ainda continua ocorrendo (POOLE et al., 2007; MACHADO, 2005).

No caso imaginário de um condutor perfeito, quando submetidos ao processo ZFC o comportamento seria igual ao supercondutor, porém, as correntes de blindagem se formariam de acordo com a Lei de Faraday-Lenz. Pelo fato de existir uma pequena variação do campo magnético com o tempo, quando o mesmo é aplicado (MACHADO, 2005). Contudo, no processo FC, um condutor perfeito retém o campo penetrado mesmo para T≤Tc (MACHADO, 2005). A Figura 11 mostra uma representação do processo ZFC e FC para todos os casos descritos.

Figura 11: Representação do processo ZFC e FC em supercondutores (SC) e condutores perfeitos. Embora ambos os processos pode levar a resultados semelhantes, eles não são equivalentes, isto pode ser verificado ao analisar o caso de um supercondutor cilíndrico com buraco central e um condutor perfeito.

O comportamento magnético dos supercondutores se diferencia conforme o tipo destes, isto é, supercondutores do tipo I e do tipo II apresentam efeito Meissner- Ochsenfeld de forma distintas. Os supercondutores do tipo I apresentam um efeito Meissner-Ochsenfeld completo, até uma determinada intensidade do campo magnético aplicado Hc (o campo magnético crítico), acima do qual o material retorna ao seu estado normal, Figura 12(a) (POOLE et al., 2007; BUCKEL; KLEINER, 2004).

Figura 12: Efeito Meissner em supercondutores do tipo I e tipo II.

Fonte: Adaptado de Tsuneto (2005)

Nos supercondutores do tipo II o efeito Meissner ocorre até o campo crítico inferior, Hc1. Entre HC1 e o campo crítico superior, Hc2, o material apresenta o estado misto, ou seja, torna-se energicamente favorável a penetração do campo magnético. Este penetra por meio de estruturas em forma de tubos, cuja região central está no estado normal e correntes de blindagem circundam tal região formando os denominados vórtices. Estes, por interagirem repulsivamente entre si, quando em alta densidade, se dispõem em uma rede hexagonal chamada de Rede de Abrikosov, Figura 12(b) (POOLE et al., 2007; TSUNETO, 2005; BUCKEL; KLEINER, 2004). Conforme a intensidade do campo externo aumenta, os núcleos dos vórtices começam a se sobrepor e, em Hc2 o material transiciona para o estado normal (POOLE et al., 2007; TSUNETO, 2005; BUCKEL; KLEINER, 2004). A Figura 13 mostra uma representação dos vórtices nos supercondutores do tipo II.

Figura 13: Representação dos vórtices nos supercondutores do tipo II, estruturas tubulares em que na região superficial observa-se a presença de corrente elétrica de blindagem (supercorrentes) e na região interna, região no estado normal, por onde ocorre a penetração do campo magnético externo.

Fonte: (FUJITA et al., 2001)

Na prática, os supercondutores do tipo I também podem apresentar um estado em que coexistem regiões no estado supercondutor e no estado normal, denominado de estado intermediário. Isso acontece quando o campo magnético externo pode exceder Hc sobre a superfície, mas não sobre o restante do material. Tal efeito depende do fator de desmagnetização da amostra (N), que é um fator geométrico e que amplifica o campo nas bordas da mesma (POOLE et al., 2007). Assim, o efeito Meissner não é total sobre toda a amostra (POOLE et al., 2007). Porém, este estado não é caracterizado pela presença de vórtices, como nos supercondutores do tipo II, eles apresentam regiões supercondutoras dispersas na região normal, e vice versa, chamadas de topologia aberta e topologia fechada, respectivamente (POOLE et al., 2007). A Figura 14(a) e 14(b) mostra o estado intermediário para uma amostra padrão de Pb puro.

Figura 14: Exemplo de (a) Topologia aberta (aspecto laminar) (b) Topologia fechada (aspecto de tubos) do estado intermediário de Pb puro, na saída e entrada de fluxo magnético, respectivamente.