Süperiletkenler sıradan maddeler gibi görünüyor ama sıcaklık düştüğü zaman süper güçleri ortaya çıkıyor.
Süperiletkenler, elektriği sıfır dirençle ileten metaller (örn. kurşun) veya oksitlerdir. Ama süper güçlerini sergilemeleri için -265 derece soğukta veya bu civarda tutulmaları gerekir. Bir kurşun parçasının içine bakarsanız elektronların arasında sıra sıra dizilmiş iyonlar görürsünüz. Elektriği ileten şey, bu gevşek elektronlardır. Onları harekete geçirerek elektrik akımı elde edebilirsiniz. Oda sıcaklığında kurşun iyonları çılgınca titrer. Elektron açısından bakıldığında bu, birilerine çarpıp elinizdeki içeceği dökmeden kalabalık bir dans pistinden geçmeye benzer. Elektronlarla iyonlar arasında sürekli yaşanan çarpışmalar elektrik enerjisini ısıya dönüştürür. Buna direnç denir.
Ama sıcaklığı birkaç yüz derece azaltırsanız iyon titreşimleri azalır ve kararlı bir kafes oluşur. Bu durumda elektronlar akarken başka bir etki devreye girer: Kafesteki distorsiyonlar elektronları çiftler halinde eşleşmeye zorlar. Bu beklenmedik birleşmeler tuhaf bir kuantum fiziği olayını tetikler: Maddenin içindeki elektron çiftleri bir araya gelip mükemmel şekilde senkronize hareket eden (balık sürüsü gibi) bir küme oluşturur. Bu elektron kümesi, hiçbir çarpışma olmadan kafes içinde hareket edebilir. Dolayısıyla hiç direnç oluşmaz.
Bu şaşırtıcı özellik sayesinde süperiletkenler aşırı derecede ısınmadan üzerlerinden büyük akımlar geçebiliyor. Bu sayede son derece güçlü elektromıknatıslar yapılabiliyor. Bu elektromıknatıslar MR cihazlarında, süper bilgisayarlarda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcılarda ve maglev trenlerinde kullanılıyor.
Süperiletken Evrimi
Süperiletkenlerin zamanla ne kadar geliştiğini görmek için geçtiğimiz yüzyılda bir yolculuğa çıkıyoruz.
Mutlak Sıfır (1911): Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes ve ekibi, mutlak sıfırın hemen üzerinde sıcaklıklar yarattı ve civanın iyi bir süperiletken olduğunu keşfetti.
Havalanma (1933): Meissner ve Ochsenfeld, “Meissner etkisi”ni keşfetti. Bu etki, süperiletkenlerin manyetik alanları itmesini ve mıknatısların havaya yükselmesini sağlıyor.
London Kardeşler (1935): Fritz ve Heinz London, sıfır direnç ve Meissner etkisinin aynı fenomenden kaynaklandığını göstererek süperiletken teorisinin önünü açtı.
BCS (1957): Bardeen, Cooper ve Schrieffer; elektron çiftleşmesini açıklayan BCS süperiletkenlik teorisini geliştirdi ve Nobel Ödülü kazandılar.
Sıcak Mesele (1986): Bednorz ve Müller, -243,15 derecede çalışabilen ilk “yüksek sıcaklık” süperiletkenini keşfetti.
Daha Da Sıcak (2020): Hidrojen, karbon ve sülfürden oluşan bir metal bileşiği, aşırı basınç altında 15 derece sıcaklıkta süperiletkenlik sergiledi.
En İyi Metal Süperiletkenler
Aşağıda en iyi metal süperiletkenleri ve kritik geçiş sıcaklıklarını (süperiletken olmaları için soğutulmaları gereken noktayı) görüyorsunuz.
Kurşun: 7,196 Kelvin
Lantan: 4,88 Kelvin
Tantal: 4,47 Kelvin
Cıva: 4,15 Kelvin
Kalay: 3,72 Kelvin
Süperiletkenlik Potansiyeli
Yetenekleri çok etkileyici olmalarına rağmen mevcut süperiletken teknolojilerinin çoğu laboratuvarların dışına çıkamıyor çünkü çalışmaları için hantal, enerji tüketimi yüksek ve çok pahalı soğutma sistemleri gerekiyor. Bilim insanları, oda sıcaklığında ve basıncında çalışarak günlük yaşamımıza yeni teknolojiler kazandırabilecek bir süperiletken yaratmaya çalışıyor. Örneğin, ucuz ve taşınabilir MR cihazları sağlık sektörünü iyileştirebilir, yüksek hızlı maglev trenleri ise seyahat sürelerini kısaltabilir.
Verimsiz elektrik şebekelerimizi süperiletken kablolarla yenilemek, elektrik faturalarımızı düşürebilir. Ayrıca, genellikle şehir dışında bulunan rüzgâr tarlaları gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji iletim verimini artırabilir. Son olarak, süperiletken özellikli elektronik devreler sayesinde daha küçük ve daha hızlı bilgisayarlar üretilebilir. Fizikçiler 15 derece sıcaklıkta çalışan süperiletken malzemeler yaratmayı başardı ama bunların çalışması için aşırı yüksek (Dünya‘nın merkezindekine yakın) basınçlar gerekiyor. Birçok bilim insanı, gerçekten oda sıcaklığında çalışan süperiletkenlerin mümkün olduğunu düşünüyor. Mesele onu keşfetmekte ve yeni teknolojilerde kullanılabilir hale getirmekte.
Kaynak: How It Works