Semiconduttori vs superconduttori: differenza e confronto

Punti chiave

1. I semiconduttori hanno una conduttività elettrica moderata, mentre i superconduttori mostrano una resistenza nulla al flusso di corrente elettrica al di sotto di una temperatura critica.
2. I superconduttori dimostrano l'effetto Meissner, espellendo i campi magnetici dal loro interno ed esibendo un perfetto diamagnetismo, mentre i semiconduttori non presentano questo comportamento.
3. I semiconduttori sono ampiamente utilizzati nell'elettronica e nella tecnologia dell'informazione, mentre i superconduttori trovano applicazioni in aree come macchine per risonanza magnetica, acceleratori di particelle, treni ad alta velocità e calcolo quantistico superconduttore.

Cosa sono i semiconduttori?

I semiconduttori sono materiali che hanno una conduttività elettrica compresa tra quella di un conduttore e di un isolante. Sono costituiti da materiali come silicio o germanio, drogati con impurità per controllarne le proprietà elettriche.

I semiconduttori sono essenziali per dispositivi elettronici come transistor, diodi e circuiti integrati. Sono utilizzati in varie applicazioni, inclusi computer, smartphone, televisori, apparecchiature mediche e altri dispositivi elettronici.

Le proprietà dei semiconduttori sono tali da poter essere manipolate per controllare il flusso di elettroni che li attraversa. Questo li rende un componente chiave dell'elettronica moderna, in quanto possono commutare e amplificare segnali elettronici e memorizzare ed elaborare informazioni digitali.

I semiconduttori hanno rivoluzionato l'industria elettronica, rendendo possibile la creazione di dispositivi più piccoli, più veloci ed efficienti. Lo sviluppo del circuito integrato di più dispositivi a semiconduttore su un singolo chip è stata una pietra miliare nella storia dell'elettronica. Ha aperto la strada allo sviluppo di computer moderni e altri dispositivi elettronici.

Cosa sono i Superconduttori?

I superconduttori sono materiali con resistenza elettrica pari a zero se raffreddati a temperature estremamente basse, al di sotto della temperatura critica (Tc). In altre parole, consentono il passaggio della corrente elettrica senza perdita di energia, a differenza dei conduttori convenzionali che dissipano l'energia sotto forma di calore.

I superconduttori furono scoperti per la prima volta nel 1911 e da allora sono stati ampiamente studiati e sviluppati per varie applicazioni. I materiali superconduttori più comuni sono metalli come rame, alluminio e niobio e leghe come il diboruro di magnesio. I superconduttori consentono il flusso di corrente elettrica senza perdita di energia, rendendoli altamente efficienti per la trasmissione e lo stoccaggio di energia.

I superconduttori espellono i campi magnetici dal loro interno, il che li rende utili per la schermatura contro le interferenze magnetiche. I dispositivi superconduttori possono funzionare a velocità estremamente elevate e consumare pochissima energia, rendendoli ideali per l'elaborazione del segnale digitale e le applicazioni di calcolo quantistico.

Differenza tra semiconduttori e superconduttori

1. I semiconduttori hanno conduttività elettrica tra un conduttore e un isolante, mentre i superconduttori hanno resistenza elettrica nulla al di sotto di una certa temperatura critica.
2. I semiconduttori funzionano efficacemente a temperatura ambiente, mentre i superconduttori richiedono temperature estremamente basse per mantenere il loro stato superconduttore.
3. I superconduttori consentono il flusso di corrente elettrica con resistenza zero, rendendoli altamente efficienti per la trasmissione e l'immagazzinamento di energia. Allo stesso tempo, i semiconduttori hanno una certa resistenza e sono meno efficienti nella perdita di energia.
4. I semiconduttori sono ampiamente utilizzati in dispositivi elettronici come computer, televisori e apparecchiature mediche, mentre i superconduttori sono utilizzati per applicazioni come la trasmissione di potenza, la levitazione magnetica e il calcolo quantistico.
5. I semiconduttori sono fatti di silicio e germanio, drogati con impurità per controllarne le proprietà elettriche. Al contrario, i superconduttori sono fatti di metalli come il rame e leghe come il diboruro di magnesio, che hanno proprietà uniche che consentono una resistenza elettrica pari a zero.

Confronto tra semiconduttori e superconduttori

Parametri di confronto	Semiconduttori	superconduttori
Conduttività elettrica	Tra quella di un conduttore e di un isolante	Zero resistenza elettrica al di sotto di una temperatura critica
Requisiti di temperatura	Funziona efficacemente a temperatura ambiente	Richiedono temperature estremamente basse per mantenere uno stato superconduttore
Efficienza energetica	Qualche resistenza e meno efficiente in termini di perdita di energia	Altamente efficiente per la trasmissione e lo stoccaggio di potenza
Applicazioni	Ampiamente utilizzato nei dispositivi elettronici	Utilizzato per la trasmissione di potenza, la levitazione magnetica e il calcolo quantistico
Le proprietà del materiale	Tipicamente realizzati con materiali come silicio e germanio	Tipicamente realizzati con metalli e leghe con proprietà uniche

Riferimenti

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed074p1090
2. https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.36.211

Ultimo aggiornamento: 14 ottobre 2023