1890 yılında Leiden’ de Heike Kemmerlingh Onnes, hidrojeni ve 1906’ da helyumu sıvılaştırma tekniği üzerine buluşuyla düşük sıcaklık fiziğine öncülük etti. Bu çalışmadan yola cikarak,1911’ de çok düşük sıcaklıkta (kriyojenik=çok soğuk) saf metallerin (örneğin civa) direncini gözlemlemek için bir araştırma yaptı. O dönemde çoğu kişi tarafından, elektronların bir iletken kanalıyla akışının mutlak sıfır sıcaklığında tamamen durabileceğine, ya da başka bir değişle özdirencin sonsuz büyük olacağına inanılıyordu. Kammerlingh Onnes araştırması sonucu, 4.2 Kelvin sıcaklığında civanın direncinin aniden yok olduğunu belirtti. Kammerlingh bu olayın bir evre geçişinden meydana geldiğini farketti ve o zamanlar bu olayı “süper-iletkenlik” olarak adlandırdı, daha sonra “süperiletkenlik” olarak benimsendi. Bizler çeşitli metal ya da alaşımların özdirencinin belirli sıcaklıkta yok olduğu bir olay olarak süperiletkenliği tanımlayabiliriz.
Süperiletkenliğin kritik sıcaklığı ile normal metalin karşılaştırılması,photo courtesy of https://simpliphy.wordpress.com
1911 de ilk keşfinden sonra süperiletkenlik olayını açıklamak için sayısız girişim yapılmıştı. Fenomenolojik (görüngüsel) makroskobik açıklamadan BCS teorisinin mikroskobik açıklamasına kadar. Süperiletken birkaç benzersiz özelliğe sahiptir, yani; Manyetik alan etkisi, Meissner etkisi ve İzotop etkisi. Manyetik alan etkisi, belirli değer üstünde süperiletkenliğin ortadan kalktığı kritik manyetik alan (Hc) değerine sahip, manyetik alanın etkisi altında süperiletkeniğin kaybolması olarak tanımlanabilir. Süperiletkenlik, kritik manyetik alanına dayanarak iki tip şeklinde sınıflandırılabilir. 1.tip süperiletkenlerde sadece bir kritik alan, 2. tiplerde iki kritik alan vardır, Hc2 kritik alanının üstünde süperiletken evrelerden normal evreler ayrılır ve Hc1 daha düşük kritik alanında Meissner evresinden karışık evrede süperiletken ayrılır, ki bu 1. tipin süperiletken evresi ile aynıdır. Meissner etkisi süperiletken malzemenin içinde ortaya çıkan mükemmel diyamanyetizma olarak tanımlandı. Bu etki, süper iletkende ek manyetik alan üreterek dış manyetik alanı kaldıran, bir yüzey akımı olduğu için ortaya çıkar. İzotop etki, Tc geçiş sıcaklığının izotop çekirdek kütlesine oranı olarak tanımlanır. Ve bu ilişki süperiletkenliğin örgü titreşimiyle ilgili olduğu hakkında ipucu verir.
Meissner etkisinin gösterimi,photo courtesy of https://simpliphy.wordpress.com
Süperiletkenliğin mikroskobik kuantum mekaniksel açıklaması 1957 yılında BCS teorisi ile başarılı bir şekilde açıklandı. BCS Stands for Bardeen Cooper Schrieffer , Leon Cooper ve John Schrieffer, John Bardeen kurucularının soy ismidir. BCS teorisi süperiletkenliğin, fononların ya da örgü titreşimlerinin etkisi altında dalga sayısı ve zıt spin ile elektron çiftlerinden ortaya çıktığını belirtti. İletken içerisinde hareket eden elektron pozitif yüklü çekirdeği çekerek örgüde bir yer değiştirmeye sebep olur ki buda farklı spin ve dalga sayısı olan başka bir elektron çeker , ve böylece bu iki elektron birbiriyle ilişkili olur. süper iletkende birçok elektron çifti görünür, bu çiftler güçlü bir şekilde örtüşürler , Bose-Einstain yoğunlaşmasını oluştururlar ve elektriksel direnç kaybederler.
Elektron- fonon etkileşim diyagramı,photo courtesy of https://simpliphy.wordpress.com
Süperiletken bir çok alanda uyugulama alanı buldu. Medikal görüntülemede süperiletken, insan vücudunun iç yapısını görselleştirmek için MRI(Manyetik Rezonans Görüntüleme) cihazında kullanılır. SQUID ( Süperiletken Kuantum Girişim Cihazı), Josephson eklemleri içeren süperiletken döngülere dayalı, son derece zayıf manyetik alanları ölçmek için kullanılan çok hassas bir manyetometre (mıknatısölçer)’ dir ve SQUID biyolojiden deneysel fiziğe kadar geniş araştırma alanında fayda sağlar. Manyetik levitasyon treninde liner motor arabası gibi günlük yaşamımızda süperiletkenliğin birçok başka uygulaması vardır.
Kaynak: https://simpliphy.wordpress.com/2012/05/06/superconductivity/
