Dönem Ödevim

Süper İletkenlik

Düşük maliyetli süperiletkenlik umudu 1980’lerde iki önemli buluşla başlamıştır. 1983’te IBM’in Zürih Araştırma Laboratuarı fizikçilerinden Karl Alex Müller ****l alaşımlarını bir yana bırakıp, seramikler olarak bilinen ****l oksitleri incelemeye başlamıştır. K.A. Müller ve arkadaşı Johannes George Bednorz, üç yıl boyunca içindeki elementlerin çeşitlerini ve miktarlarını değiştirerek bir çok ****lin oksitlerini inceledi, ancak kritik sıcaklığa yükseltemediler.

Sonunda 1985’te Baryum-Lantan-Bakır-Oksijen (Ba-La-Cu-O) bileşiğinde 35 °K de süperiletkenlik gözlediler. Daha sonra Bell laboratuarlarından Bertam Botlogg ve Robert Cava 38 °Kde süperiletken olan benzer bir bileşik elde ettiler. Bu arada Houston Laboratuarı araştırma grubu başkanı olan Paul C.W. Chuve grubu malzemeleri yüksek basınç altında denemeyi düşünmüşlerdi. Bu yolla atmosfer basıncını 10.000 katından 12.000 katına çıkıldığında 52°K’e kadar süperiletken olan benzer bir bileşik buldular. Daha sonra Chu ve grubu IBM bileşiğinin nadir toprak elementi olarak lantanı incelediler. Chu’nun eski öğrencisi olan Maw-Kuen lantanı, diğer bir nadir toprak elementi olan yitriyum ile değiştirdi. Bunun sonucunda da Wu ve arkadaşları (Ya-Ba-Cu-O )bileşiğinin 93°K de süperiletken olduğunu gözlediler. Kısa bir süre sonra tekrarlanan deneyde 98°K’de süperiletken hale geldiğini gözlemlediler.
Elde edilen bu sıcaklıkların oda sıcaklığına henüz çok uzak olmasına rağmen, bu sıcaklıklara ulaşmanın sağladığı en önemli üstünlük, bu düşük sıcaklıkları elde etmek için sıvı helyum yerine sıvı azot kullanılmasıdır. Sıvı azotun üstünlüğü 77°K’de elde edilmesi ve hem çok ucuz, hem de adi termos şişesinde saklayabilecek kadar uzun ömürlü olmasıdır.

Sıcaklık 100°K’in üzerinde birer ikişer arttırılırken ABD’de iki ayrı grup 200°K’in üzerinde süperiletken geliştirdiklerini açıkladılar. Wayne State Üniversitesinde Chen, Wenger ve Logothetis 240°K’de süperiletken özelliklerini bildirmişlerdir. Bileşiklerine tam olarak açıklamayan Wayne State grubu, süperiletkenin Y-Ba-Cu-O ailesinden, daha önce 90°K kritik sıcaklığının gözlendiği bir oksit Seramik olduğunu belirtmekle yetindiler.
Öte yandan, Houston’da 93°K ile ilk yüksek-sıcaklık bileşiğini bulan Chu ve ekibi 225°K’de süperiletkenliğe geçen yeni bir bileşik geliştirdiklerini açıkladılar. 225°K (-49°C) henüz oda sıcaklığına çok uzaktı, ancak dünya üzerinde kaydedilen en düşük sıcaklıktan da oldukça yüksekti. Tokyo Üniversitesindeki grubun lideri Tonako yitriyum yerine erbiyum ya da holmiyum gibi toprak elementlerinin kullanılmasıyla daha yüksek kritik akımlara sahip seramiklerin elde edileceği görüşünde idi.
Buraya kadar yapılan incelemelerde ****l oksitlerin (seramiklerin) süperiletken olabildiklerinin anlaşılmasıyla araştırmaların çok hızlandığı görülmektedir. Çünkü böylelikle sıvı azotun kullanılma olasılığı sağlanmış ve bu da büyük kolaylık sağlamıştır. Seramiklerin diğer bir üstünlüğü, şiddetli magnetik alanlara dayanabilmeleridir.
Seramiklerin bu üstünlüklerinin yanısıra iki önemli sakıncası:
1) Akım taşıma kapasitelerinin çok düşük olması
2) Kırılgan olmaları
Bilim adamları bu sakıncaları gidermek için çeşitli yöntemler geliştirmektedirler. Iowa’da, Ames Laboratuarındaki araştırmacılar, yeni süperiletken bileşiklerinden birine bakır ve diğer iletken malzemelerle karıştırdılar ve tel şekline soktular. Toshiba firması bu arada ilk kabloyu ürettiğini duyurdu. Y-Ba-Cu-O bileşiğinden geliştirilen karbon 94°K’de sıfır dirence ulaşıyordu. 0,6mm çaplı çubuklar şeklinde üretilenlerin kritik sıcaklığı 87°Kdi. ABD’de Argonne Ulusal Laboratuarında 0,2mm çaplı teller üretmiştir. Bu tellerin yüksek alan mıknatısları için uygulama olanağı vardı ancak süperiletkenliğin kaybolduğu düşük akımlarda oldukça kullanışsızdı. Akım yoğunluğu sınırı, Toshiba firması için 6 , Argonne’da üretilen için ise 5 idi, bu yoğunluk pratik kullanım için yeterli değildi. Bu arada Yorktown’daki IBM laboratuarı, Y-Ba-Cu-O bileşiği kullanarak 400 nanometre kalınlığında kullanıldığında süperiletken film ürettiğini duyurdu. Bu yüksek akım taşıma kapasiteli tek kristalli ince filmlerin akımın kristal içinde belli bir yönde diğer yöndekilerden daha iyi taşınması özelliğine sahip olduğunun anlaşılması ile bilim adamları bu filmlerin sıvı azot sıcaklığına kadar soğutarak 100.000 ’lik akım yoğunluğuna ulaştılar. Bu süperiletken filmler, sıvı helyum sıcaklığına kadar soğutulduğu zaman 5 milyon akımını ilettiler. Japon elektronik Teknolojisi Genel Araştırma Enstitüsü, 300°K (-27 °C)’de süperiletkenliğe ulaştığını bildiriyor, ayrıca Sumitomo Elektrik , Hoston Üniversitesi ve Yeni Delhi Ulusal Fizik Laboratuarlarının üçü de 0°C’nin üzerinde süperiletkenliğe ulaştıklarını iddia ediyorlar.
Çalışmalar hızla sürerek, oda sıcaklığında süperiletken elde edilmeye çalışılmaktadır.
Bugünün yüksek-sıcaklık süperiletkenleri laboratuarların dışına ve satış alanlarına taşındı. Bizmut temelli bileşikler, elektrik güç kullanım için gerekli süperiletken tel ve bobinlerde uygulanmıştır. Talyum ve yitriyum temelli bileşikler elektronik cihazlarda kulanılan ince tel olarak oluşturulmuşlardır ve süperiletkenlik 21.yüzyıla taşındığında elektrik üretilmesi, dağıtılması ve kullanılması yoluyla, motorlar generatörleri hata-akım sınırlayıcılar, enerji depo sistemleri ve güç kabloları sonsuza dek değişmeye umut vericidir.