SÜPERİLETKENLERİN TARİHÇESİ

İşlenecek konular: Süperiletken nedir Süperiletkenlerin tarihçesi

SÜPERİLETKENLİK NEDİR Bazı maddelerin doğru akımı hiçbir direnç göstermeksizin ve akımda herhangi bir kayıp olmaksızın iletmek için aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduklarında, bu maddelerin gösterdikleri özellikleridir. Başka bir deyişle sıcaklığın belirli bir değerin altına düşürüldüğü zaman doğru akıma karşı elektriksel dirençleri sıfır olan malzemelere süperiletken denir.

SÜPERİLETKENLİĞİN İKİ TEMEL ÖZELLİĞİ BİRİNCİSİ: Elektrik akımına karşı oluşan direncin tamamen sıfırlanması İKİNCİSİ: Bir süper iletkenin içine manyetik akının nufuz etmemesi

SÜPERİLETKENLİĞİN TARİHÇESİ

1908: Helyumu sıvılaştırdı 1911: Hg (CIVA) direncinin 4.2°K (-268,8°C )’de aniden sıfıra düştüğünü gözlemledi Heike Kamerlingh

Hollandalı fizikçi Heike Kamerling Onnes 1908 yılında Helyum’u sıvılaştırmayı başardı.Bu başarı 4.2 K’e kadar olan düşük sıcaklıklarda fiziksel özelliklerin ayrıştırılmasını mümkün hale getirdi.Metallerin elektriksel dirençlerinin bu düşük sıcaklık bölgelerindeki degişimi yine ilk defa Onnes tarafından incelendi.

Sıvı Helyum’un keşfinden 3 yıl sonra Heike Kamerling Onnes,civa metalinde DC elektriksel direncin kritik sıcaklık(Tc) diye adlandırdığı sıcaklık ve altındaki sıcaklıklarında ölçülemiyecek kadar küçük bir değere düştüğünü gözlemledi.Daha sonra yapılan ölçümlerde sıfır oldugu anlaşılmıştır.Bu heyecan verici gözlem süperiletkenliğin keşfi olarak bilinmektedir.

Bu çalışmadan dolayı Heike Kamerling Onnes 1913 yılında Nobel Fizik ödülünü kazandı. Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalarda başka elementlerin ve bileşiklerinde(1913 yılında kurşunun (Pb) 7.2 K (Onnes, 1911) , 1930 yılında Niyobyum’un 9.2 K’de (Chapnik ,1930) süperiletken oldugu anlaşıldı.

1933: Walter Meissner ve Robert Ochsenfeld süperiletken haldeki bir metale manyetik akının nufüz etmediğini keşfetti Walter Meissner

Süperiletkenliğin H.K.Onnes tarafından 1911 yılında keşfinden 1933 yılına kadar süperiletkenin bir ideal iletken olduğu yani sadece sıfır dirence sahip olduğu düşünülüyordu.Kusursuz diyamanyetizma özelliği keşiften 22 yıl sonra W.Meissner ve R. Oschsenfeld tarafından gözlendi.Diyamanyetiklik manyetik ters yönelmesi olarak ifade edilebilir.Manyetik alan yayılım frekansına göre moleküler çapta ters yönlenme eğilimi gösterirler.Bir mıknatısa yaklaştırıldığında kuzey kutbu gören maddenin yakın tarafı kuzey kutbu olarak yönelecektir.Diyamanyetizma özelliği,keşfedilen süperiletkenler için ortak bir özellik oluşturmaktadır.bu özellik Meissner Etkisi olarak bilinmektedir.

Meissner Etkisi W.Meissner ve R.Ochsenfeld tarafından 1933 yılında gözlemlenen bu etkide,manyetik alan içindeki bir süperiletken kritik geçiş sıcaklığına(Tc) kadar soğutulduğunda manyetik alan çizgileri süperiletkenin dışına itilir.Manyetik alanın bu şekilde dışarlanması Meissner etkisi olarak bilinir ve bu etki, bir süper iletkenin içinde B=0 olacak şekilde davrandığını gösterir.Manyetik alanın dışlanması,perdeleme akımları olarak bilinen ve uygulanan manyetik alana eşit ve zıt yönde alan oluşturacak yönde süperiletken yüzeyinde akan elektrik akımından dolayı meydana gelir.Meissner etkisinin en iyi gösterimi levitasyon durumundaki kalıcı mıknatıs deneyidir.

Kalıcı Mıknatıs Deneyi Kritik sıcaklığın altına kadar soğutulmuş bir süper iletken maddeye üstten küçük, hafif fakat oldukça kuvvetli bir mıknatıs yaklaştırıldığında,mıknatısın süperiletken madde üzerinde kaldığı gözlenir.Mıknatıs süperiletkene yaklaştırıldığı zaman süper iletken madde üzerinde bir süperiletken akım meydana getirecektir.Manyetik alanın etkisiyle oluşan bu süperiletken akım dışarıdan uygulanan alana eşit fakat zıt yönde bir manyetik alan oluşturur.Süperiletken madde içerisinde oluşan bu manyetik alan da dışarıdan uygulanan manyetik alanın süperiletken madde içerisine girmesini engelleyecektir.Bu engelleme sonucu da süperiletken mıknatıs üzerinde havada kalacaktır.Bu olay madde süperiletken fazında kaldığı sürece devam edecektir.

( J.Robert Schrieffer ) ( John Bardeen ) ( Leon Neil Cooper ) 1957: John Bardeen, J.Robert Schrieffer ve Leon Neil Cooper soyadlarının baş harflerinin bir araya getirilmesi ile oluşan ve BCS olarak adlandırılan teorilerini açıkladılar.

BSC TEORİSİ Süperiletkenligi anlamaya yönelik geniş çapta kabul edilmiş ilk teori 1957 yılında John Bardeen,Leon Cooper ve John Schriefter adındaki Amerikalı fizikçilerden geldi ve onlara 1972’de Nobel ödülünü kazandırdı.BCS teorisine göre elektronlar kristal bir örgünün içinden geçerken,örgü içeri doğru bükülme gösterir ve fonon denen ses paketleri oluşturur.Bu fononlar deforme olmuş alanda pozitif bir yük yatağı yaratarak arkadan gelen elektronların aynı bölgeden geçmesine olanak sağlarlar.Buna göre kritik sıcaklığın altında iki elektron fonon aracılığı ile etkileşerek birbirine bağlanır.Bu çift COOPER ÇİFTİ olarak adlandırılır.

Cooper Çifti Cooper çiftleri negatif elektrik yüklü elektron atom örgüsünün içinden geçerken pozitif yüklü iyonlarla elektromanyetik etkileşime geçerse Cooper çifti oluşup atom örgüsünün şekli bozulur.Cooper çiftleri süperiletkendeki akımın taşıyıcılarıdır,adını Leon Neil Cooper’dan alır.

Süperiletkenlikteki çalışmalarda bu dönemdede aksamalar görülmüştür Süperiletkenlikteki çalışmalarda bu dönemdede aksamalar görülmüştür. Bu aksamanın nedeni ise bazı metallerde (kalay, civa gibi) büyük manyetik alan oluşturmak için akım geçirildiğinde süperiletkenlik özelliklerini kaybetmeleri. Bu sorunu aşmak için bilim adamları metaller yerine alaşımlara yönelmiştir. Bu alaşımlar Niobyum-kalay (Sn Nb3 ) ve Niobyum-titanyum )

1986: BaLaCuO bileşiğinde 35°K de süperiletkenlik gözlediler Karl Alexander Müller

1987: 98°K’de süperiletken hale gelebilen YBaCuO bileşiğini elde etti 1987: 98°K’de süperiletken hale gelebilen YBaCuO bileşiğini elde etti. Ayrıca helyum yerine azotun kullanılmasını sağladı Paul Chu

DERSİN SORUMLUSU: Hakan Şevki AYVACI HAZIRLAYAN:Özlem AR 240550 3\A