SÜPER İLETKENLER

1908’de Hollanda’lı fizikçi Onnes, Helyum gazını sıvılaştırmayı başardı. Böylece düşük sıcaklıklarda maddelerin elektriksel iletkenliği gibi fiziksel özelliklerinin araştırılması mümkün oldu.

1911’de ise Onnes kritik sıcaklıktaki cıvanın elektriksel iletkenliğinin sıfır olduğunu ölçtü. Bu olay süper iletkenliğin başlangıcı olarak bilinir.

Mutlak sıfıra (0 K, —273 ⁰C) yakın sıcaklıklarda, elektriksel direnci sıfıra yakın olan maddelere süper iletken madde denir.

Maddelerin süper iletkenlik özelliği gösterdiği sıcaklık değerine kritik sıcaklık denir ve T_c ile gösterilir.

İletkenlerin sıcaklığı düştükçe elektriksel direnç azalır. Grafikteki gibi, metal olmayan maddelerin direnci sıfıra yakın sıcaklıklarda belirli bir değere kadar düşer. Süper iletkenlerin ise, kritik sıcaklık ve altında direnci sıfır olur.

Oda sıcaklığında iyi iletken olan bakır, demir, gümüş ve altın soğutulduğunda süper iletkenlik gösteremez. Bilinen süper iletkenlerin bir çoğu alaşım ve bileşiklerdir.

Süper iletkenler, ısınmaya sebep olmadan süresiz akım geçirebilir.

Süper iletkenler kritik sıcaklığın altındaki sıcaklıklarda mükemmel diyamanyetik özellik gösterir. Yani manyetik alan içinde olduklarında süper iletkenler manyetik akıyı iter. Manyetik alan süper iletkenin içinden geçemez. Bu etkiye Meissner etkisi denir.

Manyetik alan durumuna göre süper iletkenler iki tiptir.

1. tip süper iletkenler: Sadece belirli bir manyetik alan değeri altında süper iletkenlik gösterir.
2. tip süper iletkenler: Alt ve üst kritik alanlar olmak üzere iki manyetik alan değerinde süper iletkenlik gösterir.

Süper İletkenliğin İki Temel Özelliği

1. Kritik sıcaklık değerinde elektrik direncinin tamamen kalkması
2. Süper iletkenin içine manyetik alanın nüfuz etmemesi

Süper iletkenler ve Teknoloji

Süper iletkenliğin başlıca kullanım alanları aşağıdaki gibidir.

• Güçlü mıknatıs yapımı
• Elektrik akımının kayıpsız taşınması (Süper iletken kablolar)
• Hassas cihaz yapımı
• Parçacık hızlandırıcılar
• Manyetik trenler (maglev)
• Tıbbi görüntüleme (MR cihazı)
• Elektronik devreler
• Maglev trenleri (Zemin ile temassız taşıma)

Örnek Soru: Süper iletkenlerle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur.

A) Bütün elementler mutlak sıcaklıkta süper iletkendir.
B) Süper iletkenler saf elementlerdir.
C) Kritik sıcaklık 0 K’e yakın sıcaklıklardır.
D) Süper iletkenler iyi birer mıknatıstır.
E) Süper iletkenliğin fiziksel açıklaması BCS teorisiyle yapılmıştır.

Çözüm: Bazı maddeler mutlak sıcaklıkta süper iletkenlik özelliği gösterir.

Ancak bütün elementler böyle değildir. Örneğin ametallerin mutlak sıcaklıkta elektriksel dirençleri sıfır değildir. A yanlıştır.
Bazı saf elementler süper iletken olabildiği gibi, bazı alaşım ve bileşikler de süper iletken olabilmektedir. Hatta saf halde süper iletken olmayan bazı elementlerin oluşturduğu bileşikler süper iletken olabilmektedir. B yanlıştır.
Kritik sıcaklık. süper iletkenlerin, bu özelliklerinin ortaya çıktığı sıcaklık değeridir. İlk keşfedilen süper iletkenlerin kritik sıcaklık değerleri 0 K’e yakın olsa da sonradan, kritik sıcaklıkları 100 K’nin üzerinde olan süper iletkenler de keşfedilmiştir. C yanlıştır.
Süper iletkenler diyamanyetik özelliğe sahiptir. Manyetik alandayken manyetik akıyı iterler. D yanlıştır.
BCS teorisiyle süper iletkenliğin fiziksel açıklaması yapılmış ve süper iletkenliğe Cooper çiftinin sebep olduğu ortaya konulmuştur. E doğrudur. Cevap E