Page 22 - Fen Lisesi Fizik 12 | 6. Ünite

6.

ÜNİTE 6.3. SÜPER İLETKENLER
6.3. SÜPER İLETKENLER

Direnç
6.3.1. SÜPER İLETKENLER
Normal iletken
Sıcaklığı belirli bir değerin altına düşürüldüğü zaman
doğru akıma karşı elektriksel dirençleri sıfır olan mal-
zemelere süper iletken denir. 1908 yılında Heike Ka-
merling Onnes (Hayke Kamerling Ons) helyumu sıvı- Süper iletken
laştırmayı başardı. Bu başarısından sonra sıvı helyumu
kullanarak metallerin elektriksel dirençlerinin düşük sı-
caklıklardaki değişimini (Grafik 6.3.1) araştırmaya baş-
ladı. 1911 yılında sıvı helyum ile kritik sıcaklık (T ) olarak
C
belirlediği 4,2 K sıcaklığına kadar soğutulduğunda cıva-
nın elektriksel direncinin ölçülemeyecek kadar küçük
bir değere düştüğünü gözlemledi. Daha sonra yapılan
ölçümlerde bu değerin sıfır olduğu anlaşılmıştır. Bu Sıcaklık
olay, süper iletkenliğin keşfi olarak kabul edilmektedir. 0 T C
Heike Kamerling Onnes bu çalışmadan dolayı 1913 yı-
lında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Grafik 6.3.1: İletkenlerin ve süper iletkenlerin direnci-
nin sıcaklığa bağlı değişim grafiği

Sonraki yıllarda yapılan bilimsel çalışmalarda başka elementlerin ve bileşiklerin de [1913 yılında kurşunun
(Pb) 7,2 K, 1930 yılında niyobyumun 9,2 K] süper iletken olduğu keşfedildi. Altın, gümüş, bakır gibi sıradan
fakat iyi bir iletkenin direnci, sıcaklığı düştükçe azalır. Fakat sıcaklığın mutlak sıfıra (-273 C) yaklaştığı durum-
0
larda bile direnç sıfır olmaz. Süper iletken malzemelerde ise sıcaklık belirli bir değerin altına düştüğünde
malzeme süper iletken duruma geçer. Bir elektrik akımı, süper iletken malzemenin içinden hiçbir kaynaktan
güç almaya ihtiyaç duymadan akmaya devam edebilir.
302
Süper iletkenlerin tamamı Meissner (Maysner) etkisi olarak adlandırılan bir özellik gösterir. Walther Meiss-
ner (Volter Maysner) ve Robert Ochsenfeld (Rober Ohsenfayld) tarafından 1933 yılında gözlemlenen bu etki,
süper iletken malzemelerin süper iletken durumdayken (sıcaklığı kritik sıcaklığın altındayken) manyetik alanı
dışarlamasıdır. Manyetik alanı tümüyle dışarlama özelliğine diyamanyetik özellik denir. Dış bir manyetik
alanın şiddeti, süper iletken bir malzemenin içine girdikten çok kısa bir mesafe sonra sıfıra düşer. Bu nedenle
tüm süper iletkenler kusursuz diyamanyetik özellik gösterir (Şekil 6.3.1). 1957’de fizikçiler John Barden, Leon
Cooper (Liın Kupır) ve John Schrieffer (Con Şirifır) soyadlarının baş harflerinden oluşan BCS teorisi olarak bili-
nen çalışmalarını yayımlamışlar ve 1972 yılında kendilerine Nobel Ödülü’nü kazandıran bu çalışma ile ilk kez
süper iletkenliğin fiziksel temelini açıklamışlardır. Süper iletkenliğin BCS tanımında temel düşünce, Cooper
çifti olarak adlandırılan elektron çiftinin davranışına dayanmaktadır.

Cooper çifti olarak adlandırılan bu elektron çiftleri
bozon gibi davranır. Bozonlar için Pauli Dışarlama İl-
kesi geçerli değildir. Süper iletkenler; manyetik güç
depolama sistemleri, maglev trenleri, maglev rüz-
gâr türbinleri, parçacık hızlandırıcılar, süper iletken S
kablolar gibi teknolojilerde kullanılmaktadır.

Normal İletken Süper İletken

N

Şekil 6.3.1: Normal iletken ve süper iletkenin dış manyetik
alanla etkileşimi