Ultra düşük sıcaklıklarda ortaya çıkmalarından teknolojide devrim yaratma potansiyellerine kadar süper iletkenlerin büyüleyici dünyasını keşfedin. Süperiletkenlerin tarih boyunca evrimi hakkında bilgi edinin, en iyi metal süperiletkenleri ve bunların kritik geçiş sıcaklıklarını keşfedin ve günlük yaşamlarımızı dönüştürebilecek potansiyel uygulamaları araştırın.
Süper iletkenler sıradan malzemeler gibi görünürler ancak sıcaklık düştüğünde süper güçleri ortaya çıkar.
Süper iletkenler, elektriği sıfır dirençle ileten metaller (örneğin kurşun) veya oksitlerdir. Ancak süper güçlerini sergileyebilmeleri için -265 santigrat derece veya daha soğuk sıcaklıklarda tutulmaları gerekiyor. Bir kurşun parçasının içine bakarsanız, iyonların elektronlar arasında düzenli sıralar halinde dizildiğini görürsünüz. Elektriğin iletkenleri bu gevşek elektronlardır. Onları harekete geçirerek bir elektrik akımı üretebilirsiniz. Oda sıcaklığında kurşun iyonları çılgınca titreşir. Elektronların bakış açısına göre bu, kalabalık bir dans pistinde içkinizi dökmeden ilerlemeye, diğer dansçılarla çarpışmadan kaçmaya benziyor. Elektronlar ve iyonlar arasındaki sürekli çarpışmalar elektrik enerjisini ısıya dönüştürür. Buna direnç denir.
Ancak sıcaklığı birkaç yüz derece düşürürseniz iyon titreşimleri azalır ve kararlı bir kafes oluşur. Bu durumda, elektronlar akarken başka bir etki devreye giriyor: Kafesteki bozulmalar elektronları eşleşmeye zorluyor. Bu beklenmedik eşleşmeler, tuhaf bir kuantum fiziği olgusunu tetikler: Malzemenin içinde elektron çiftleri bir araya gelerek, herhangi bir çarpışma olmadan mükemmel şekilde senkronize (bir balık sürüsü gibi) hareket eden bir küme oluşturur. Sonuç olarak herhangi bir dirençle karşılaşılmıyor.
Bu şaşırtıcı özellik sayesinde süperiletkenler aşırı ısınmadan büyük akımları taşıyabilirler. Bu, MRI makinelerinde, süper bilgisayarlarda, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcılarında ve maglev trenlerinde kullanılan son derece güçlü elektromıknatısların oluşturulmasını sağlar.
Süperiletkenlerin Evrimi
Geçtiğimiz yüzyılda süperiletkenlerin ne kadar geliştiğini görmek için tarihte bir yolculuğa çıkalım.
Mutlak Sıfır (1911): Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes ve ekibi mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıkları yarattılar ve cıvanın iyi bir süper iletken olduğunu keşfettiler.
Havaya Yükselme (1933): Meissner ve Ochsenfeld, süper iletkenlerin manyetik alanları itmesine ve mıknatısların havaya yükselmesine neden olmasına olanak tanıyan “Meissner etkisini” keşfettiler.
The London Brothers (1935): Fritz ve Heinz London, sıfır direncin ve Meissner etkisinin aynı olgudan kaynaklandığını göstererek süperiletken teorisinin yolunu açtılar.
BCS (1957): Bardeen, Cooper ve Schrieffer, elektron eşleşmesini açıklayan BCS süperiletkenlik teorisini geliştirdiler ve bu sayede Nobel Ödülü’nü kazandılar.
Sıcak Sayı (1986): Bednorz ve Müller, -243,15 santigrat derecede çalışabilen ilk “yüksek sıcaklık” süper iletkenini keşfettiler.
Even Hotter (2020): Hidrojen, karbon ve kükürtten oluşan metalik bir bileşik, aşırı basınç altında 15 santigrat derecede süper iletkenlik sergiledi.
En İyi Metal Süper İletkenler
Aşağıda en iyi metal süper iletkenleri ve bunların kritik geçiş sıcaklıklarını (süper iletken hale gelmeleri için soğutulmaları gereken nokta) görebilirsiniz.
- Kurşun: 7.196 Kelvin
- Lantan: 4.88 Kelvin
- Tantal: 4.47 Kelvin
- Merkür: 4,15 Kelvin
- Kalay: 3,72 Kelvin
Süperiletkenlik Potansiyeli
Etkileyici yeteneklerine rağmen, mevcut süper iletken teknolojilerin çoğu laboratuvarlarla sınırlı kalıyor çünkü bunların çalıştırılması için büyük, yüksek enerji tüketimi ve pahalı soğutma sistemleri gerekiyor. Bilim insanları, oda sıcaklığında ve basıncında çalışarak günlük hayatımızda devrim yaratabilecek bir süper iletken yaratmaya çalışıyor. Örneğin, uygun fiyatlı ve taşınabilir MRI makineleri sağlık sektörünü geliştirebilirken, yüksek hızlı maglev trenleri seyahat sürelerini kısaltabilir.
Verimsiz elektrik şebekelerimizi süper iletken kablolarla yenilemek elektrik faturalarımızı azaltabilir. Ek olarak, genellikle kırsal alanlarda bulunan rüzgar santralleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji iletim verimliliğinin arttırılması da sağlanabilir. Son olarak süperiletken özellikli elektronik devreler sayesinde daha küçük ve daha hızlı bilgisayarların üretimi mümkün olabilir. Fizikçiler 15 santigrat derecede çalışan süper iletken malzemeler yaratmayı başardılar, ancak bunların çalışması için Dünya’nın çekirdeğinde bulunanlara yakın, son derece yüksek basınçlar gerekiyor. Pek çok bilim adamı, gerçek anlamda oda sıcaklığında süperiletkenlerin mümkün olduğuna inanıyor. Zorluk bunları keşfetmek ve yeni teknolojilerde kullanılabilir hale getirmektir.
