Süper iletken nedir? Tanım, türleri ve kullanımları

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Bir süper iletken, kritik sıcaklık olarak adlandırılan bir sıcaklığın altına soğutulduğunda, aniden tüm elektrik direncini kaybederek, enerji kaybı olmadan elektriği iletmesine izin veren bir malzemedir . Bu malzemeler ayrıca çok özel bir manyetik özellik sergilerler: mükemmel şekilde diyamanyetik maddelerdir, yani manyetik alan çizgilerini dışlarlar. Bu, bir mıknatısın yanına yerleştirildiğinde, manyetik alan çizgilerinin kenarlardan geçtiği ancak malzemeye nüfuz etmediği anlamına gelir.

Dairesel tel gibi süper iletken bir malzemede bir elektrik akımı indüklendiğinde, bu akım malzeme soğuk kaldığı sürece süresiz olarak akmaya devam eder. Dirençsiz bu akıma süper akım denir ve diğer şeylerin yanı sıra çok güçlü manyetik alanlar oluşturmak için kullanılır.

Süperiletkenlik, yani bir malzemenin kritik sıcaklığın altında süperiletken olma özelliği 1911’de keşfedildi ve zamanın fizikçilerini tamamen şaşırttı. Diamanyetik özelliklerinin ( Meissner etkisi olarak adlandırılır ) keşfedilmesi yirmi yıldan fazla zaman aldı ve fizikçilerin süperiletkenliğin neden oluştuğunu açıklayabilmesi neredeyse yarım yüzyıl aldı. 1957’de John Bardeen, Leon Cooper ve Bob Schrieffer, onlara 1972’de Nobel Fizik Ödülü kazandıran sorunu çözdüler.

Kritik sıcaklık ve yüksek sıcaklık süper iletkenleri

Keşfedilecek ilk süper iletken, -269.6 °C’ye eşdeğer olan sadece 3.6 K kritik sıcaklığa sahiptir. Bu kadar düşük sıcaklıkların üretilmesi ve sürdürülmesi son derece zordur ve bu, bu makalenin ilerleyen kısımlarında göreceğimiz gibi, süper iletkenlerin kullanımını bir avuç çok özel uygulamayla sınırlamıştır.

Bu nedenle dünya çapında sürekli olarak oda sıcaklığına yakın kritik bir sıcaklığa sahip süperiletkenlerin geliştirilmesi üzerinde çalışan yüzlerce bilim insanı var. Bu malzemelere yüksek sıcaklık süper iletkenleri denir.

Erken ilerleme, kritik sıcaklığı birkaç on derece yükseltti, ancak son zamanlarda ilk kez 14.5 °C kritik sıcaklığa sahip bir süper iletken geliştirildi.

süper iletken türleri

Bileşimlerine ve manyetik alanlarla etkileşime girme biçimlerine bağlı olarak temel olarak iki tür süper iletken vardır.

Tip I süper iletkenler

Bunlar ilk keşfedilenlerdi. Bunlar, Meissner etkisini sergileyen, yani kritik sıcaklığın altındayken manyetik alanları iten saf elementlerdir. Genel olarak, her malzemenin özelliği olan tek bir kritik sıcaklığa sahiptirler ve elektrik direncinde kritik sıcaklığın altına ani bir düşüş olur.

Tip II süper iletkenler

Bunlar, süper iletkenlik sergileyen alaşımlar veya seramik malzemeler oluşturmak için bir araya gelen farklı elementlerin karışımlarından oluşur. Onları tip I süperiletkenlerden farklı kılan şey, elektrik direnci düşüşünün kademeli olması, dolayısıyla iki kritik sıcaklığa sahip olmalarıdır: biri direnç düşmeye başladığında ve diğeri sıfıra ulaştığında.

Bu tip süperiletkenlerin bir diğer önemli özelliği ise, yeterince güçlü bir dış manyetik alan uygulandığı takdirde malzemenin süperiletkenliğini kaybetmesidir.

süper iletkenlerin kullanımları

parçacık hızlandırıcılar

Belki de süperiletkenlerin şimdiye kadarki en etkileyici uygulaması, parçacık fiziği etrafındaki bilimsel araştırma alanındadır. Süper iletkenler, insan yapımı en büyük makinelerden biri olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısında parçacık demetini hapseden elektromıknatıslarda kullanılıyor.

termonükleer güç

Nükleer füzyon, 100 yıldır temiz enerjinin rüya kaynağı olmuştur. Bununla birlikte, nükleer füzyonun gerçekleşmesi ve bunu sürdürmesi için, gaz halindeki hidrojen ve helyumun, süper iletkenlerden yapılmış güçlü elektromıknatıslarla sınırlandığı Tokamak adı verilen içi boş bir halkanın içinde dönerken 100 milyon santigrat dereceye kadar ısıtılması gerekir.

kuantum hesaplama

Kuantum hesaplamanın en umut verici uygulamalarından biri, çalışması için gerekli olan süper iletken devreleri kullanır.

kuantum hesaplamada süper iletkenler
Kuantum hesaplamada süper iletkenler

Tıbbi teşhis görüntüleme

Süper iletkenlerin geliştirilmesi, daha önce mümkün olmayan tıbbi görüntüleme teşhis cihazlarının ve tekniklerinin oluşturulmasını sağlamıştır. Bu tekniklerden biri, bir pusula iğnesini hareket ettirmek için gereken manyetik alanın milyarda birindeki manyetik alanlardaki değişiklikleri tespit edebilen SQUID manyetoensefalografidir.

Süper iletkenler sayesinde yeni görüntüleme
MR tüneli

elektrik üretimi

Son olarak, yeni bir uygulama da bakır tel yerine süper iletken telden yapılan elektrik jeneratörlerinin kullanılmasıdır. Bu jeneratörler geleneksel olanlardan çok daha verimli ve çok daha küçük ve hafiftir.

Referanslar

Charles Slichter (2007). Süperiletkenlik Tarihine Giriş (fizik öğrencileri ve bilim adamları için). https://history.aip.org/exhibits/mod/superconductivity/01.html adresinden alındı.

Castelvecchi, D. (Ekim 2020). İlk oda sıcaklığında süper iletken, bilim adamlarını heyecanlandırıyor ve şaşırtıyor. Nature 586, 349. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02895-0 adresinden alındı.

Snider, E., Dasenbrock-Gammon, N., McBride, R.  ve ark.  (2020). Bir karbonlu kükürt hidritte oda sıcaklığında süper iletkenlik. Doğa  586,  373–377. https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z#citeas adresinden alındı

-Reklamcılık-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados