Süper İletken Nedir?

Yüksek iletkenlik veya sıfır direnç veya süper iletkenlik, ideal olarak maddenin içinden sonsuz akım geçmesine olanak tanır.

Süper iletkenlik bir maddenin tam olarak sıfır elektrik dirence sahip olması durumudur. Kavram olarak 20. yy.'da keşfedilmiştir ve sonraki birkaç on yıl boyunca küçük bir merak konusu olarak kalmıştır. O zamanlarda süper iletken özellik gösteren maddeler sadece mutlak sıfıra (- 273 derece veya 0 Kelvin) yakın seviyeye kadar soğutulduğunda bu davranışı gösteriyordu ve bu halleriyle kullanım alanları kısıtlı kalıyordu.

Süper iletkenliğin, düşük sıcaklık fiziğinden çıkıp özelliklerinin tam olarak açığa çıkması için 20. yy.'ın ikinci yarısına kadar beklemesi gerekiyordu.


Süper iletkenlik 1911'de Hollandalı fizikçi Heike Kammerlingh Onnes tarafından keşfedildi. Onnes, civanın sıvı helyum ile 4 Kelvin'e kadar soğutulduğunda bütün elektriksel direncinin kaybolduğunu keşfetti. Sonraki araştırmalar kalay, kurşun ve niyobyum gibi birçok metalin çok düşük sıcaklıklarda süper iletkenlik gösterdiğini ortaya koydu.


Süper iletkenlik çok ilginç bir buluş olmasına rağmen, çok düşük sıcaklıklarda çalışmanın zorluklarından dolayı bu bulgunun uygulama alanı çok kısıtlıydı. Fakat sonra, biraz daha yüksek sıcaklıklarda süper iletkene dönüşebilen maddeler bulundu. Süper iletkenliğin bu enteresanlığı karşısında bilimciler büyülenmişti fakat henüz kimse bunun nasıl olduğu hakkında açık bir bilgiye sahip değildi.


1957'de John Bardeen, Leon N. Cooper ve Robert Schrieffer adlı bilimcilerin yayınladıkları teoriyle süper iletkenliğin teorik yasaları ana hatlarıyla çizildi. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorisi yüksek soğutmanın niyobyum gibi maddelerin kristal yapılarında gelişigüzel "ısıl gürültü"yü durdurduğunu önerdiler. Bu durum, zayıf etkileşimle çiftleşmiş, zıt spinli ve momentumlu elektronlardan oluşmuş, toplamda sıfır spin ve momentuma sahip "Cooper Çiftleri"nden oluşan "fonon"ları yaratıyordu.

Elektriksel direncin sebebi, iletkenlerdeki yapısal kusurlar, safsızlık ve kristal örgüdeki ısısal titreşimlerin elektronları saçmasıdır. Fakat elektronların Copper Çiftlerinde hapsolması saçılmayı önler ve bu yüzden elektriksel direnç ortadan kalkar. Curie Sıcaklığının (Tc) üstündeki ısısal titreşimler Cooper çiftlerini ayırır ve madde tekrar direnç kazanır. Yoğun magnetik alanlar ve yüksek akım da çiftleri ayırabilir ve süper iletkenliği yok eder.


BCS teorisinin geliştirilmesinden başka süper iletkenler üzerine popüler olmuş başka bir çalışma daha vardır. Bu çalışma 1980'lerde ortaya çıkacak bir buluşun çalışmasıydı.


1986'da IBM Araştırma Merkezi'nden Alexander Mueller ve George Bednorz adlı iki bilimci yayınladıkları makalede 35 Kelvin'de süper iletkenlik gösteren bir bakır oksit bileşiğini açıkladı. Bu değer o zamana kadar ulaşılmış Curie sıcaklığından 12 derece yüksekti. Farkedilmemesi için makalelerini kasten örtük bir biçimde yayınladılar. Bu taktik onlara herhangi bir müdahale olmaksızın ön çalışmalarını güçlendirme fırsatı verecek, aynı zamanda çalışmaları üzerinde yayınlacak başka makalelere karşı öncelik hakkına sahip olacaklardı.

Yoğun çalışmalardan sonra iki bilimci buluşlarının doğruluğuna ikna oldular. Bu buluşları yaygın olarak benimsendiği zaman bir yığın Yüksek Sıcaklık Süper İletkeni (YSS) keşfedildi. Aralık 1986'da Tc'si 38 Kelvin olan, bir sene sonrasında ise Tc'si 93 Kelvin olan süper iletken bileşikler keşfedildi.

Soğutma ihtiyacındaki bu düşüş süper iletken teknolojisinin maliyetini düşürdü ve uygulama alanını genişletti.

1980'lerin sonlarında, daha yüksek sıcaklıkta kalabilen süper iletken özellikli maddeler bulunduğunda süper iletkenlere ilgi yoğunlaştı fakat bu heyecan yatışınca pratik uygulamalar üzerindeki çalışmalar yavaşladı. Buna rağmen 21. yy.'a doğru, güç elektriği sistemleri, sensörler ve dijital elektronikte süper iletken maddelerin uygulamaları oldukça gelişti.

1986'dan beri 100'den fazla YSS madde keşfedildi. Şu anda rekor 138 Kelvin'dedir.

Düşük Sıcaklık Süper İletkenlerinin içerdiği elektron çiftleşme mekanizması yani Cooper Çiftleri, yüksek sıcaklıklarda, ısısal titreşimlerin hızlıca fonon bağlantılarını kırmasından dolayı çalışmaz hale gelir. Peki yüksek sıcaklık süper iletkenlerinde bu durum nasıl oluşur? Şu anda bilim dünyasındaki en popüler teori, yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin bu çiftleri oluşturmasının, süper iletkenin elektron örgülerinde yaratılan çok ince manyetik etkiler sayesinde olduğunu söyler fakat henüz kimse bunun nasıl olduğunu açıklayamamıştır.


Benzer Yazılar
FİZİK MAKALELERİ şimdi Google Play Kitaplar'da

1 yorum :

Sahin Karabulut dedi ki...

ÇOK TEŞEKKÜREDERİM....

Yorum Gönder

Yorum Yap