İletken Maddeler Nelerdir? Yalıtkan Madde Nedir, Dirençleri Neye Bağlıdır?

İletken Maddeler Nelerdir? Yalıtkan Madde Nedir, Dirençleri Neye Bağlıdır?
İletken Maddeler Nelerdir? Yalıtkan Madde Nedir, Dirençleri Neye Bağlıdır?

İletkenler
İletkenlerin başlıca özellikleri:

• Elektrik akımını iyi iletirler
• Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar
• Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir
• Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır
• Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir
• Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır
• Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir
• Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir
• Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır

YalıtkanlarElektrik akımını iletmeyen maddelerdirBunlara örnek olarak cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilirElektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdırBu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 'e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadırYarı İletkenlerYarı iletkenlerin başlıca şu özellikleri vardır:

• İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar,
• Normal halde yalıtkandırlar
• Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır
• Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler
• Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir
• Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır
• Bu tür yarı iletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır
• Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır Bunun nedeni Tablo 21 'de görüldüğü gibi, elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır

Elektroniğin iki temel elemanı olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenleri gelecek bölümde daha geniş olarak incelenecektir
Tablo 21 - Elektronikte yararlanılan yarı iletkenler ve kullanılma yerleriADI
KULLANILMA YERİ
Germanyum (Ge) (Basit eleman)
Diyot, transistör, entegre, devre
Silikon (Si) (Basit eleman)
Diyot, transistör, entegre, devre
Selenyum (Se) (Basit eleman)
Diyot
Bakır oksit (kuproksit) (CuO) (Bileşik eleman)
Diyot
Galliyum Arsenid (Ga As) (Bileşik eleman)
Tünel diyot, laser, fotodiyot, led
Indiyum Fosfur (In P) (Bileşik eleman)
Diyot, transistör
Kurşun Sülfür (Pb S) (Bileşik eleman)
Güneş pili (Fotosel)
Not:Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtirÇoğu ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde hazırlamaktadırÜlkemizde ise, bazı terimler gelişmiş ülke dillerinden alınarak Türkçe 'ye uyarlama yoluna gidilmiştirGermanyum adı, en çok kullanılan, İngilizce, Almanca ve Fransızca dillerinde "Germanium" olarak yazılmakta ve "germanyum" olarak okunmaktadır Türkçe 'ye de "germanyum" olarak alınmış ve herkesçe de benimsenmiştirSilikon 'da durum farklıdırSilikon yabancı dillerde şöyle yazılmakta ve okunmaktadır:İngilizce 'de; Silicon (Silikon)Almanca 'da; Silikon (silikon)Fransızca 'da; Silicium (silisyum)Türkçe de ise yararlanılan yabancı kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmiştirYarı İletkenlerElektrik akımının bir değere kadar akmasına izin vermeyen bu değerden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdirYarı iletkenler periyodik cetvelde 3 ve 5 gruba girerler Bu demektir ki son yörüngelerinde elektron alıcılığı veya vericiliği iletkenden fazla yalıtkandan daha azdırİletkenler: Pt, Ni, Au, Cu, Al, FeYalıtkan: Ebonit, Cam, Tahta, SuYarı iletkenler: S, Ge, Br, Al, In(indiyum)


Kısmen Dolu bant ile iletkenlik şeridi çakışmışsa iletken olurlar






DB ile BŞ birbirine yaklaştığı zaman iletken hale gelirEğer yarı iletkenlere belirli bir gerilim uygulanırsa YAE yok edilir ve bağlama şeridi ile iletkenlik bandı bitişir ve iletkenleşir

Sıfır Direnç (Fizik)

1 GİRİŞ
Temel bilimle olan ilgisi ve pek çok teknik uygulamaya sahip olması bakımından süperiletkenlik olayı her zaman çok heyecan verici bir konu olmuştur Kısa bir süre önce, bazı metal oksitlerde yüksek-sıcaklık süperiletkenliğin keşfi, bilim ve iş çevrelerinde büyük bir heyecan doğmasına neden olmuştur
Bir çok metal alaşımın elektriksel dirençlerinin yeteri kadar düşük sıcaklığa, daha çok sıvı helyum sıcaklık (  4 0K) bölgesine girildiğinde sıfır olduğu görülür Bu özelliğin görüldüğü kritik sıcaklık maddeye bağlıdır Bu sıfır direnç (veya sonsuz iletkenlik) süperiletken olarak bilinir Bu çarpıcı özellik metallerin özellikle düşük sıcaklık bölgesinde özelliklerinin anlaşılmasına büyük katkıda bulunmuştur Süperiletkenlik, süperiletken magnet yapımında, bilgisayar swiçlerinin yapımında ve birçok diğer teknik araç yapımında kullanılmıştır Bunlara ek olarak, mühendisler süperiletkenliği taşımada ve güç iletiminde kaybı ortadan kaldırma çalışmalarında kullanmayı amaçlamaktadırlar
Tartışmalarımıza süperiletkenlerin elektriksel özellikleri başlayacağız Ardından I tip süperiletkenlerin özellikleri ve II tip süperiletkenleri, daha sonra süperiletkenlik geçişinin termodinamiğini ve süperiletkenliğin mikroskobik teorisinin ele alındığı BCS teorisini inceleyeceğiz Bunları tek parçacık türellemesi ve Josephsen tünellemesi izleyecek Son olarak da oksitli süperiletkenler ve süperiletkenlik uygulamaları ele alınacak
SIFIR DİRENÇ
Düşük sıcaklık fiziğinin tarihi, 1980 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes’in kaynama sıcaklığı 42 0K olan helyumu sıvılaştırmasıyla başlamıştır Üç yıl sonra 1911’de, Onnes ve yardımcılarından birisi metallerin düşük sıcaklık dirençlerini incelerken süperiletkenlik olayını keşfettiler İlk olarak platini incelediler Platinin 00 K e uzatılan (ekstrapole edilen) özdirencinin numunenin saflığına bağlı olduğunu buldular Daha sonra, damıtma yolu ile elde edilen çok saf sıvıyı incelemeye karar verdiler Ancak onları bir sürpriz bekliyordu Hg nın direncinin 4,150 K de çok keskin bir şekilde düşerek ölçülemeyecek kadar küçük değerlere ulaştığını gördüler (Şekil 21)

Şekil 21 T ≤ Tc için direnç sıfıra gitmektedir
Bu sıcaklığın üzerinde civanın sonlu bir direnci vardır Hemen altında ise direnç sıfırdır Bu faz geçişinin olduğu sıcaklığa, Kritik Sıcaklık (Tc) denir Tc’nin altındaki bu duruma süperiletkenlik fazı denilmektedir Bu faz geçişi buharlaşma noktasındaki sıvı-buhar ve Curi noktasındaki Ferromagnetik faz geçişlerine eklenebilir
Onnes süperiletkenlik geçişinin dönüşümlü olduğunu buldu Maddeyi ısıttığı zaman Tc sıcaklığının hemen üzerinde normal halini aldığını gördü
Süperiletkenliğe serbest elektron teorisi ile yaklaşılarak bazı bilgiler kazanabiliriz Metalin direnci;

ρ =
J  (1)
E (2)
R ρ (3)
ρ = (4)
olduğuna göre
J = σE(5)dir
m = -e E - m
Vd = - (7)
Birim hacmindeki yük (-Ne) olduğundan
J = (-Ne) Vd
olur , (5) de yerine yazılırsa,
σ = (9)
olur (4) deki bağıntıya göre
(10)
şeklinde yazılır Burada m elektronun kütlesi, e elektronun yükü, N birim hacimdeki elektron sayısı ve τ çarpışma zamanıdır T sıcaklığı azaldığında örgü titreşimleri donacak ve elektronların saçılması azalacaktır Bu sonuç büyük τ ve dolayısıyla küçük ρ demektir Eğer yeteri kadar düşük sıcaklıkta τ sonsuz olursa, bu da direncin sıfır olduğu süperiletkenliğe götürür Bu düşük sıcaklıkta maddenin içinde safsızlıklar ve yapı bozuklukları olsa bile elektronlar çarpışmaya uğramayacaklar
Süperiletkenlerin dirençleri genellikle halka şeklindeki süperiletken bir numunenin içinden akım geçirmek ve zamanın fonksiyonu olarak akımı gözlemlemekle ölçülür Eğer numune normal halde ise, sonlu direnç nedeni ile akım çabukça sönecektir Fakat, eğer sıfır direnci var ise, akım bir kez kuruldumu, herhangi bir kayba uğramadan sonsuza kadar akacaktır Fizikçiler bunu test etmek için birçok deneyler yaptılar ve birkaç yıldan sonra bile akımın sabit kaldığını söyleyebildiler Süperiletken kurşun için direncin üst değeri 10-25 Ω m civarında idi ve oda sıcaklığındaki değerin 1 / 1017 si idi
Süperiletkenlik geçişi daima keskin değildir Eğer örneğimiz metalik element ve yapısal kusursuz ve saf ise, geçiş daima keskindir Metalik alaşımlar 0,10 K ve daha yüksek geçiş aralığına sahiptirler (Şekil 22)
ρ

Şekil 22 Safsızlıkların kolayda süperiletkenlik geçişine etkisi
Süperiletkenlik çok nadir rastlanan bir olay değildir Önemli miktarda (bilinen 27) element ve alaşımda bu özellik görülmektedir (Tablo 21)
Element Tc, 0K Bileşik Tc, 0K
Al
Cd
Ga
In
Ir
La (α)
La ()
Pb
Hg(α)
Hg()
Mo
Nb
Os
Rh
Ry
Ta
Tc
Tl
Th
Sn
Ti
W
U(α)
U()
V
Zn
Zr 1,2
0,5
1,1
3,4
0,1
4,8
4,9
7,2
4,2
4,0
0,9
9,3
0,7
1,7
0,5
4,5
8,2
7,4
1,4
3,7
0,4
0,01
0,6
1,8
5,3
0,9
0,8 Nb3 Al0,8 Ge0,2
Nb3 Sn
Nb3 Al
Nb3 Au
Nb3 N
Mo N
V3 Ga

20,1
18,1
17,5
17,5
16,0
12,0
16,5
Tablo 21 Süperiletkenlerin geçiş sıcaklıkları
Süperiletkenlerin özellikle oda sıcaklığında elde edilmesi amaçlanmakta, fakat yapılan çalışmalar başarısızlıkla sonuçlanmaktadır Günümüzde normal atmosfer basıncında ulaşılan en yüksek kritik sıcaklık, civa içeren, bakır oksit süperiletkenleri için Tc = 1380 K dir Bu durum bir hayli anlamlıdır Bu nedenle bilim adamları daha yüksek kritik sıcaklıklı maddeler bulma konusunda umutludurlar
3 I TİP SÜPERİLETKENLERİN BAZI ÖZELLİKLERİ
3 1 Kritik Sıcaklık
Süperiletkenliğin 1911’deki keşfinden sonra, pek çok metalin direncinin, her metale özgü kritik bir Tc sıcaklığının altında, sıfıra gittiği gözlenmiştir
Çok iyi iletken olan bakır, gümüş ve altın süperiletkenlik göstermezler
32 MANYETİK ÖZELLİKLERİ VE KRİTİK MANYETİK ALAN
Süperiletken, sıfır dc (doğru akım) direncine sahip olma gibi önemli bir özelliğe sahiptir
Ohm kanununa göre, bir iletken içindeki elktrik alan, o iletkenin direnci ile orantılıdır Dolayısı ile, bir süperiletken için R=0 olduğundan, süperiletkenin içinde elektrik alan sıfır olmak zorundadır Faraday’ın Indüksiyon Kanunu
-----------------(11)
Şeklinde yazılabilir Yani, E nin kapalı bir ilmek (halka) boyunca çizgi integrali, kapalı ilmek düzleminden geçen Φm manyetik akışının zamana göre değişiminin eksi işaretlerine eşittir Bir süperiletken içindeki her nokta E=0 olduğundan, kapalı yol boyunca alınan integral yani  0 olur Bu da, süperiletken içindeki manyetik akının değişmeyeceğini ifade eder Buradan B (= m /A) nin, süperiletken içinde sabit kalması gerektiği soncuna varılır
1933'den öncelerde; süperiletkenlik, mükemmel iletkenliğin bir görünümü olarak kabul ediliyordu Mükemmel bir iletken, manyetik alan uygulanmışken kritik sıcaklığının altına kadar soğutulursa, alan söndürüldükten sonra bile iletkenin içinde manyetik alan tuzaklanır Mükemmel bir iletken için denge termodinamiği uygulamaz Çünkü, maddenin manyetik alandaki son hali, önce alan uygulanıp sonra alan uygulandığına mı bağlıdır Maddenin son hali bu işlemlerin yapılışı sırasına bağlı olduğundan, alan Tc nin altına soğutulduktan sonra uygulanırsa, alanın süperiletken dışarılanması gerekir Diğer taraftan önce alan uygulanıp, sonra Tc nin altına soğutulursa, alanın süperiletkenden dışarılanması gerekir
1930’larda süperiletkenlerin manyetik özelliklerinin anlaşılması için yapılan deneyler farklı sonuçlar vermiştir 1933 yılında Meissner ve Ochsenfeld zayıf bir manyetik alanda soğuktan bir metal, süperiletken olduğunda, madde içinde her noktada B=0 olacak şekilde alanın dışarılandığını keşfettiler Böylece alan, ister madde kritik sıcaklığın altına soğutulmadan önce, ister soğutulduktan sonra uygulanmış olsun, aynı B=0 durumuna erişildiği bulunmuş olur
MEISSNER OLAYI
1933’de iki Alman fizikçi Meissner ve Ochsenfeld, süperiletkenlerin manyetik alan çizgilerini ittiklerini ve içlerine sokmadıklarını gözlediler Bu olaya Meissner Olayı denir Silindir şeklindeki süperiletkenlerle yaptıkları bir seri deneyde, kritik sıcaklığın hemen altına gelince numunenin manyetik alan çizgilerini iterek tam olarak içlerinden kovdukları ve süperiletken olduklarını göstermişlerdir (Şekil 31)

Şekil 321 Meissner Olayı: T<Tc sıcaklığında süperiletken tarafından itilen manyetik alan çizgileri
Adı geçen araştırmacılar bu olayın dönüşümlü olduğunu da göstermişlerdir Numune içinde manyetik alan
 μ 0 ( + )  μ0 (1+ ) -------------(12)
ile verilir Burada H, dışarıdan uygulanan manyetik alan, M ortamın magnetizasyonu, χ ise ortamın manyetik duygunluğudur Süperiletkenlik durumunda B=0 olduğundan
= - -----------------------(13)
olur Bu nedenle ortam diyamagnetiktir ve duygunluk
  -1--------------------------(14)
dir Bu durumda magnetizasyon dış alanın etkisini ortadan kaldırmaktadır Bu bizi tam diyamagnetizme götürür (Şekil 32)

Şekil 322 Süperiletkende magnetizasyon eğrisi
Bu davranışı normal bir metalle karşılaştıralım Diyamagnetik bir metalde eğer spin duygunluğu ihmal edilirse  = -10-5 mertbesindedir ve (14) te verilen çok küçüktür Bu durumun süperiletkende elde edilişine bazı yeni mekanizmalar neden olmaktadır Meissner Olayı süperiletkenlik halinin anlaşılması için kuvvetli bir tekniktir

Onnes’in süperiletkenliği keşfinden çok kısa bir süre sonra, magnetik alanın süperiletkenliği bozduğu bulundu Hc kritik alanı denilen yeteri kadar büyük bir magnetik alan uygulandığı zaman, süperiletken, normal hale gelmekte ve T<Tc olmasına rağmen direnç göstermektedir
Kritik alan sıcaklığa bağlıdır Sıcaklık T=0 0K den T=Tc sıcaklığına yükselirken Hc azalmaktadır Ampirik olarak değişim bağıntısı
Hc = Hc (0) 1- 2 -----------------------(15)
yazılır T = 0 0K de Hc (0) Maksimum değerdir, T = Tc de ise sıfırdır Tipik Hc değerleri birkaç yüz gauss kadardır
I tip süperiletkenlerde Hc nin sıcaklıkla olan değişimi aşağıdaki gibidir

Şekil 323 Birkaç I tip süperiletken için Hc nin sıcaklıkla olan değişimi

Itip süperiletkenler için üst kritik olan değerler Tablo 31 de verilmiştir
Süperiletken
Hc (0) (Tesla)
Al
Ga
Hg
In
Nb
Pb
Sn
Ta
Ti
V
W
Zn 0,0105
0,0058
0,041
0,0281
0,1991
0,0803
0,0305
0,0829
0,010
0,1023
0,000115
0,0054
Tablo 321 Bazı I tip süperiletkenlerin T = 0 0K de ölçülen kritik magnetik alanları
Magnetik alan dışardan uygulamaya ihtiyaç yoktur Halka şeklindeki süperiletkenden akım geçirilirse kendi magnetik alanını oluşturur Akım yeteri kadar büyük ise alan kritik değere ulaşacak ve süperiletkenlik bozulacaktır Bu durum, süperiletkenden geçirilecek akımın değerini sınırlar, bu da yüksek alanlı süperiletken magnet yapımının sınırlamasını oluşturur
Süperiletken halde ve kritik alandan küçük alanlarda, magnetik alan I tip süperiletkene nüfuz edemez, fakat yüzey akımları mevcut olur Neticede I tip süperiletken mükemmel bir diyamagnet gibi davranır Uygulanan alan kritik alanı aştığında, numune normal hale döner Bu durumda alan tam olarak nüfuz eder, numunenin direnci sıfırdan farklı olur ve normal bir metal için beklenen değere erişir
33 NÜFUZ DERİNLİĞİ
I tip süperiletkenlerde oluşan yüzey akımları, magnetik alanların maddelerin iç noktalarından dışarılanması sonucunu doğurur Gerçekte bu akımlar yalnızca numunesinin yüzeyindeki çok ince tabasından oluşmazlar Tersine bu akımlar yüzeyde maddeye nüfuz ederek, sonlu kalınlıktaki bir et tabakası üzerine dağılır
Bu olayı F ve H London kardeşler 1935’de süperiletkenliğin Elektrodinamiğin Teorisi olarak geliştirdiler F London tarafından genişletildi ve 1950’deki kitabında yayınlandı
İki akışkan modelini kullanalım:
 elektrik alanı varlığında süperelektronlar için hareket denklemi
m =-e (16)
Elektron üzerine etki eden yegane kuvvetin alan tarafından uygulanan kuvvet olması nedeni ile yazılır Çarpışma kuvveti yoktur çünkü bu tip elektronlar çarpışmazlar Süper akım yoğunluğu ,
 (-e) (17)
= (18)
(16) ile kombinasyon sonucu yazılır üzerindeki nokta zaman türevini belirtir
Kararlı durumda süperiletken içinde sabittir Bu da ve dolayısıyla
 0(19)
olmasını gerektirir Kararlı durumda, süperiletken içinde elektrik alanın sıfır olduğu sonucunu elde etmiş oluruz Diğer bir deyişle süperiletken boyunca voltaj düşmesi sıfırdır
(19) bağıntısını hemen yeni bir sonuca götürür
(19) ile  - (20)
Maxwel denkleminin kombinasyonu
= 0 (21)
sonucu çıkar
Kararlı durumda magnetik alanın sabit olduğu sonucu çıkar Bu ise Meissner Olayı ile ters düşer
Bu eşitlik, sıcaklığa bakılmaksızın nin sabit olduğunu belirtir Sıcaklığın Tc ye doğru yükseldikçe Tc de aniden magnetin alan çizgilerinin numuneden geçeceğini hatırlarsak yukarıdaki yaklaşım bazı değişiklikler gerektirir
(18)i, (20) de yerine koyarsak
= (22)
elde edilir Açıklandığı gibi  0 olduğunu belirtmesi nedeniyle geçerli değildir
London, bu durumu ortadan kaldırmak için (22) ye benzeyen
=  (23)
şeklinde bağıntıyı postülasında önerdi Bu bağıntı London denklemi olarak bilinir ve deneylerde uyumlu sonuçlar verir Bu denklem ile ilişkili olup, maxwell denklemleri ile de,
μ0 (24)
şeklide bağlıdır
(24) ün rotasyonelini alır ve
 ( )   ,  0
özdeşliğini kullanırsak (23) ve (24) ten yok edilirse,
 (25)
bulunur Bu denklemi basit bir geometri için uygulayalım;

Örneğimizin yüzeyi y-z düzleminde yarısonsuz uzunlukta olsun ve alan y yönünde uygulansın Bütün nicelikler x yönünde değişeceğinden (25) denklemi
By  By(26)
yazılır Bu basit diferansiyel denklemin çözümü;
By (x) = By (0) e-x/λ(27)
 (28)
olur (27) numaralı denklemin sonuçları
1 Süperiletken yüzeyinden içine doğru gidildiğinde alan exponansiyel olarak azalmaktadır Böylece magnetik alan, Meissner Olayı ile uyumlu olarak numunenin içinde sıfır olmaktadır Bu da London deklemine destek vermektedir
Alan numuneye belli bir miktar nüfuz etmekte λ , nüfuz derinliği olarak adlandırılır
Alan süperiletken tarafından bütünüyle itilmektedir daha önce düşünüldğü gibi ancak yüzeye yakın küçük bir bölge vardır ki burada alan belli bir miktar da vardır
Bu durum deneysel olarak açıklandı ve London Teorisi önemli bir ilgi topladı (28) de nümetrik değerler yerine konursa λ 500 Å bulunur ki deneyle uyumlu değerdir
Element λ(0) , Å
Al
Cd
Hg
In
Nb
Pb
Sn 500
1300
380-450
640
470
390
510

2 London denkleminin önemli diğer bir tesbiti ise,  nın sıcaklıkla değişmesidir
ns = n ifadesi (28) de yerine konursa
λ= λ(0) (29)
elde edilir Burada
λ(0) (30)
olup, T=0 0K de nüfuz derinliğidir
(29) a göre λ, sıcaklık 0 0K den itibaren artarken artar ve T= Tc de sonsuz olur
3 London teorisinden çıkarılan üçüncü sonuç ise, yüzey yakınlarında elektrik akımının varlığıdır
(27) de London denklemini ( yi) koyar ve akım için çözülürse

Jz (x) - By(x)  - Js(0) E –x/(31)
Elde edilir Bu akım negatif ve z yönünde akan bir akımdır Bu akım expononsiyel olarak azaldığından, yüzeyden içe doğru girildiğinde gerçekten yüzey akımının olduğu görülr
Bu nedenle Meissener Olayına bir yüzey akımı eşlik eder ve bu akım süperiletkenin iç kısımlarını dış alana karşı koruyuculuk yapar ve engel olur Sonuç olarak da süperiletken numune kusursuz bir diyamagnet olur Diğer bir deyişle, yüzey akımları nedeni ile oluşan magnetik alan, numune içinde dış alanın etkisini bütünüyle yok eder Buradan enteresan bir durum ortaya çıkar Akım taşıyan süperiletkendeki akım, yüzeye yakın bölgeye sınırlandırılmış

34 MIKNATISLANMA
H gibi bir dış magnetik alana konulan bir numune M mıknatıslanması kazanır

Şekil 341 İç alana uygulanan alanla değişimi, burada Hiç< Hc için Hiç =0 olur

Şekil 342 Mıknatıslanmanın uygulanan alana bağlılığı, H>Hc için M 0 olduğuna dikkat ediniz
4 II TİP SÜPERİLETKEN
1950’lere kadar, II tip süperiletkenler olarak bilinen başka bir grup maddenin varlığı tespit edilmiştir Bu maddeler, Şekil 41 de Hc1 ve Hc2 olarak gösterilen iki kritik alan tarafından belirlenmektedir Uygulanan alan, Hc1 alt kritik alanından küçükse, madde tam olarak süperiletkendir ve I tip süperiletkenlerde olduğu gibi hiçbir akı maddeye nüfuz edemez Uygulanan alan, Hc2 üst kritik alanı aştığında, akı numunenin tamamına nüfuz eder ve süperiletken hal ortadan kalkar Fakat Hc1 ile Hc2 arasındaki alanlar için malzeme “Girdaplı hal” (Vorteks hali) olarak bilinen karışık halde bulunur

Şekil 41 II tip süperiletkenler için, kritik alanların sıcaklığın fonksiyonu olarak değişimi
Alt kritik alan Hc1 in altında numune, I tip süperiletken gibi davranır Üst kritik alan Hc2 nin üzerinde, madde normal bir iletken gibi davranır İki alan arasında, süperiletken karışık haldedir
Girdaplı halde madde sıfır dirence sahip olabilir ve akı kısmen nüfuz edebilir Uygulanan alan alt kritik alanı geçtiğinde, girdaplı bölgeler, Şekil 42 de görüldüğü gibi normal kısımlardan oluşan fitiller şeklinde olur Uygulanan alana ulaştığında; numune normal hale geçer

Şekil 42 Karışık haldeki II tip süperiletkenin şematik çizimi
Girdaplı hali, gözümüzde, silindirik normal bir metal çekirdekle sarılmış, süperiletkenlerin silindirik anatoru olarak adlandırabiliriz Bu çekirdekler, akının IItip süperiletkenlere nüfuz etmesini sağlar Magnetik alan, girdap fitillerinin merkezinde maksimum olup, çekirdeğin dışına doğru belirli bir nüfuz derinliği (λ) ile üstel olarak azalır Her girdap için H nin “kaynağı” üstünakımlardır IItip süperiletkenlerde, normal, metal çekirdeğinin yarıçapı, nüfuz derinliğinden daha küçüktür

Şekil 43 II tip süperiletkenin magnetik davranışı (a) Hiç alanın uygulanan alanla değişimi (b) mıknatıslanmanın uygulanan alanda değişimi

Şekil 43a, II tip süperiletken için iç alanın uygulanan alanla nasıl değiştiğini; şekil 43b ise buna karşı gelen mıknatıslanmanın uygulanan alanla nasıl değiştiğini göstermektedir Yani madde, H< Hc, için akı dışarılayan süperiletken halde , Hc <H<Hc2 için karışık halde ve H> Hc2 için ise normal haldedir
IItip süperiletkenler karışık halde iken, yeterince büyük bir akım, girdapların akıma dik olarak hareketine neden olabilir Bu girdap hareketi, akının zamanla değişimi anlamına gelir ve madde içinde direnç meydana getirir Safsızlıklar ekleyerek, girdapları bir yere çivilemek (Puining) ve hareketlerini engellemek; dolayısıyla karışık bir haldeki bir süperiletken için sıfır direnç oluşturmak mümkün olabilir II tip bir süperiletken için kritik akım şu şekilde elde edilebilir: bu akım değeri de, girdaptaki akının çarpımı, girdapları bir yara çivileyen kuvveti yenecek bir Lorentz kuvveti vermelidir Bu olgu kritik akının değeri belirler
II tip süperiletkenler için üst kritik alan değerleri Tablo 41 de verilmiştir

Süperiletken Hc (0) (Tesla)
Nb3 Al
Nb3 Sn
Nb3 Ge
Nb N
Nb Ti
Nb3 (Al Ge)
V3 Si
V3 Ga
Pb MoS 32,4
24,5
38
15,3
15
44
23,5
20,8
60
Tablo 41 I tip süperiletkenler için T = O 0K de ölçülen üst kritik magnetik alanları
5 SÜPERİLETKENLİK GEÇİŞİNİN TERMODİNAMİĞİ
Bu bölümde termodinamiğin tartışılması, farklı deneylerle bulunmuş sonuçları birleştirmektedir Bu tartışma, mikroskobik kuvvetler hakkında kesin sonuçlar vermemekle birlikte geçişin doğasını anlatacaktır

Şekil 51 Molar m kapasitesinin sıcaklığa göre grafiği (Kalay için)
Noktalı Eğri, T<Tc için normal haldeki m kapasitesinin alacağı değerin ne olacağını göstermek için extrapolasyon eğrisi
Şekil 51 de süperiletkenin m kapasitesinin sıcaklığa göre değişim grafiği görülmektedir Tc nin altındaki Cv piki entropide düzensizlik ulaşılabilecek artışı belirtmektedir (T Tc ye artarken) Böylece, süperiletken hal, normal halden daha fazla düzenlilik derecesine sahiptir
Yapılan deneysel çalışmalar, düşük sıcaklıkta elektronların ısı kapasitesinin
Cv  ae –b(T/Tc) (32)
Exponansiyel ifadesi ile verilebileceğini göstermiştir Bu exponent, elektronun enerjisinde bir enerji aralığının varlığını ifade edecek şekilde davranır Bu enerji aralığı tam Fermi seviyesinin üzerinde olup, elektronun kolayca uyarılmasını önler Bu da küçük ısı kapasitesi değerine götürür Enerji aralığının genişliği mertebesinde olmalıdır, çünkü numune Tc sıcaklığına yükseldikçe normal hale gelmekte ve elektron kolayca uyarılmaktadır(   kTc)

Şekil 52 Süperiletkende yörüngeler yoğunluğu D (ε)nin enerjiye karşı grafiği
Tc = 5 0K tipik değerini yerine koyarsak   10-4 ev değerini elde ederiz Bu enerji aralığının değeri daha önce tanıttığımız enerji aralıklarının yanına çok küçüktür Bu nedenle süperiletkenlik düşük sıcaklıklarda görülür
Süperiletkenlik halini normal hale nazaran daha düzenli durumu olan sıvı hale yoğunlaşması olarak düşünebiliriz Benzer olarak geçiş sonucu enerjide azalma beklenir Süperiletkenlik yoğunlaşma enerjisini hesaplayalım

Şekil 53 süperiletkenlik yoğunlaşma enerjisi hesabı
Numunenin T1<Tc sıcaklığında olduğunu varsayalım Alnın arttığını düşünürsek N noktasında normal hale gelecektir Buradan yoğunlaşma enerjisi
E = EN - EA (33)
olur Bu enerji kolaylıkla hesaplanabilir Numune AN yolu boyunca tam diyomagnet olduğundan E, diyomagnetizasyonu bozma enerjisi olacaktır
E  BdM =- μo H(-dH) = μo Hc2(34)

Birim hacim başına E = Mo Hc2 olacaktır Bu enerji süperiletken bir halden normal hale dönmek için gerekli enerjidir Tersini söyleyecek olursak; sistemin normal halden süperiletken hale geçmek için kaybettiği enerjidir Sistemin mümkün en düşük enerjili durumda olmayı istediğinden, süperiletken hal T<Tc için kararlı bir durumdur Maksimum yoğunlaşma enerjisi;
E = μo Hc2 (o) (35)
dir ve 0 0K de olur
Tipik Hc (0) = 500 Gauss kullanılırsa, E = 103 J /m3 elde edilir
Şimdi kritik sıcaklık ile kritik alan arasında yararlı bir bağıntı kuralım Yoğunlaşma enerjisi Tc cinsinden bulmak istiyoruz Bunu yapmak için Fermi yüzeyinin kTc kabuğundaki elektron sayısı hesaplamalıyız Çünkü bunlar süperiletkenlik geçişi etkiler Fermi küresinin derinliklerinde bulunan elektronlar, 5 eV mertebesinde enerji ile uyarılabilirler Bundan dolayı etkin elektronların yoğunlaşmasını kestirebiliriz
neff  n (36)
burada n, iletkenlik elektronların toplam yoğunluğudur Herbir elektron enerji aralığı boyunca uyarılması için kTc mertebesinde ek bir enerjiye ihtiyaçları vardır
E  neff kTc = n(kTc)2 /Ef (37)
olur Bu (35) te bulduğumuzla aynıdır Buradan,
Hc (o) = Tc (38)
yazılır Kritik alan, kritik sıcaklık ile orantılıdır Yani, geçiş sıcaklığının yükselmesi, süperiletkenliği bozmak için daha büyük enerjiye ihtiyaç duyar
6SÜPERİLETKENLİK TEORİSİ (BCS TEORİSİ)
Süperiletkenliğin modern teorisi, Cooper, Barden ve Schrieffer tarafından 1957 de “Phys Rev 106,162 (1957)” yayınladı Süperiletken ile ilgili gözlenen tüm olayları açıklaması dolayısıyla milletlerarası bir kabul görmüştür İlk prensibinden başlayarak ve kuantum yöntemleri kullanarak sıfır direnç ve Meissner Olayı gibi bir takım gözlenen olayları açıklamıştır Adı geçen teori, kuantum mekaniğin içine o kadar girmiştir ki bu teori kuantum kavramları ve matematik teknikler kullanılmadan tam olarak anlaşılmaz Bu nedenle BCS teorisini ayrıntısına dalmadan anlatmaya çalışacağız
İletim elektronları Fermi küresinin içinde bulunana bir metal düşünelim Fermi yüzeyinin hemen içinde bulunan iki elektronu düşünecek olursak, bunlar birbirlerini Coulomb kuvveti ile iteceklerdir Fermi küresinin içindeki diğer elektronların perdelenmesi nedeni ile bu kuvvet azalacaktır Perdelenmeyi de dikkate aldıktan sonra iki elektron arasında mevcut kuvvet, itici küçük bir kuvvettir
Bunun yanında, bazı nedenlerden dolayı iki elektron birbirini çeker Cooper, bu elektronların Fermi yüzeyine yakın, bağlı halde olacağını göstermiştir Bu durum çok önemlidir Bağlı durumdaki iki elektron tek bir sistem oluşturacak şekilde çiftlenirler ve hareketleri ortaktır Bu çiftleme, sisteme bağlanma enerjisine eşit miktarda enerji uygulayınca ancak bozulabilir Bu elektronlara Cooper çifti denir Bu elektronlar zıt mement ve zıt spine sahip oldukları zaman bağlanma enerjileri en kuvvetlidir Bu nedenle, elektronlar arasında herhangi bir çekim olursa Fermi yüzeyinin komşuluğunda tüm elektronlar Cooper çifti olarak sisteme yığılır Bu çiftler süperlektronlardır

Şekil 61 Metalde Fermi Yüzeyi yakınındaki 1 ve 2 elektronları arasındaki etkileşme
Şekil 61’de görülen ve birbirinin yanında geçen iki elektron düşünelim 1 nolu elektron negatif yüklü dolayısıyla (+) yüklü iyonları kendine doğru çeker (elektron-örgü etkileşmesi) Bu nedenle 2 nolu elektron 1’den etkilenmez 1 nolu elektron iyonlarla perdelenmiştir denir Perdelenme dolayısıyla bu elektronun net yükü azalır hatta net pozitif yük oluşur Bu olunca, 2 nolu elektron 1’e doğru çekilir Bu da Cooper çiftlerinin oluşması için gerekli olan net çekim etkileşmesine götürür
1 numaralı elektron fermi enerjisi seviyesine yakın olduğundan hızı büyüktür Ağır kütlesinden dolayı iyonun cevabı daha yavaştır Buna rağmen 1 nolu elektronu hissederek ona cevap verir ve sonuç olarak 1 yerini değiştirir Teknik yayınlarda her bir elektronun fonon bulutuyla sarıldığını ve herbir elektronun fonon değişimi ile birbirlerine çekici kuvvet uyguladıkları söylenebilir Mesela 1 tarafından yayılan fonon 2 tarafından çabukça soğurulur

Şekil 62 1 ve 2 elektronları arasında çekici etkileşmeden sorumlu olan fonon değişimi
1 ve 2 elektronları arasındaki bağlanmanın bir sonu olarak elektronun spektrumunda enerji aralığı görülür

Şekil 63 Yörüngeler yoğunluğu D süperiletkenler için enerji aralığını da gösterecek şekilde, şekilde gösterilmiştir Taralı alan T = O 0K de dondurulmuş yörüngelerdir
( EF - 0 , EF + 0) enerji aralığındaki durumlar şimdilik yasaktır Buradaki durumlar bu enerji aralığının hemen altına veya üstüne çekilmiştir Süperiletkenler için Fermi enerjisinden uzakta durumlar yoğunluğu normal metallerde olduğu gibidir Teori, sıfır derece sıcaklıkta enerji aralığının
0 = 4 ħ WDe - (2/ D(Ef) ) (39)

ile verildiği gösterir Burada WD, Debye Frekansı, D (Ef) Fermi enerji seviyesindeki normal metalde durumlar yoğunluğu ve V1 elektron–örgü etkileşmesinin gücünü gösterir (39) bağıntısında WD nin yer almasının nedeni, elektron çiftleri arasında Fonon değişiminin olmasıdır (39) bağıntısından elde edilen birkaç yararlı sonuç aşağıda sıralanmıştır
1 Kabaca 0  ħWD dir ve tipik Fonon enerjisidir Bu bağıntı doğru genlikte sonuç verir
ħWD  10–27 x 10 13  10-14 erg  10-2 eV
(39)daki expononsiyel terim de dikkate alınırsa 10-4 eV elde edilir ki deneysel sonuçlarla uyuşmaktadır
2 WD  M-1/2, burada M titreşen iyonun kütlesidir Buradan 0  M-1/2 olur Böylece enerji aralığı ve kritik sıcaklık M artarken azalır Bu durum, metal içindeki izotop oranını değiştirmek suretiyle gözlenebilir Bu olaya izotop etkisi denir
3 Enerji aralığı ve dolayısıyla Tc, elektron–örgü etkileşmesi arttıkça artar Diğer bir deyişle kuvvetli V1 ler süperiletkenliği destekler Bu doğru ve akla uygun gibi görünür Çünkü iyonlar elektrona daha kuvvetle çekilerek üzerine yığılma şansını artırırlar Bu garip bir durumdur Normal durumda büyük V1, yüksek direnç demektir Burada çelişkili karışık bir sonuç çıkarılır: zayıf normal bir iletkenden iyi bir süperiletken, iyi bir normal iletkenden kötü bir süperiletken yapılır Bu durum deneysel sonuçlarla uyum halindedir Birinci grup Pb ve Nb içerir İkinci grup alkali ve asil metalleri içerir ki bunlar ulaşılabilecek en düşük sıcaklıkta bile hiç süperiletkenlik göstermez
BCS teorisi, kritik sıcaklığın aşağıdaki şekilde verilebileceğini göstermiştir
0 = 3,52 kTc (40)
Bu sonuç, 0 kTc ve Tc nin deneyde bağımsız olarak ölçülmesinden yararlanarak test edilebilir Deneylerde 0 = 4kTc bulunarak bu bağıntıyı doğrular
Enerji aralığı birkaç farklı yöntemle deneysel olarak tayin edilebilir Bunlardan bir tanesi Infrared soğurmadır Infrared demeti süperiletken üzerine düşürüldüğünde (alçak sıcaklıkta) radyasyon frekansı, Cooper çiftini enerji aralığı boyunca uyarmaya yetecek kadar büyük olduğu zaman radyasyon soğurulması olur Yani,
W  20 (41)
dır Dolayısıyla ışığın frekanslarından 0 bulunur
Cooper çiftlerinin uyarılması için gerekli minimum enerji 20 dır Elektron çiftinin birisini uyarmak olanaksızdır Çünkü çift bir bütün halde olup birbirinden ayrılmazlar Eğer herhangi bir şekilde Cooper çifti bozulursa iki tane normal elektron oluşur ve enerji aralığı boyunca uyarılırlar
0  10-4ev olduğundan karşılık gelen frekans kırmızı ötesi bölgededir
BCS teorisi sıfır direnci şöyle açıklar: Bir kere sürüklenme hareketi kuruldu mu, Cooper çiftlerine çarpışma mekanizması ile 20 dan daha büyük enerji verilmelidir ki, cooper çiftleri saçılsın Mevcut düşük sıcaklıkta, düşük enerjili fononlar uyarıldığından, fononlar bu enerjiyi temin edemezler Cooper çiftleri de sonsuz olarak sürüklenme hareketine devam ederler
7 TEK PARÇACIK TÜNELLEMESİ
Süperiletkenlerde enerji aralığı, tek parçacık tünellemesi deneyleri ile çok duyarlıklı olarak ölçülebilir Bu yöntem ilk defa 1960 yılında Giaver tarafından yayınlanmıştır
Bir yalıtkanla ayrılmış iki metal gözönüne alalım Yalıtkan tabaka, bir metalden diğerine iletkenlik elektronları geçişine bir engel gibi davranır Bu engel yeterince (10 veya 20 Å dan daha az) ince ise, yalıtkan üzerine düşen bir elektronun engeli aşarak bir metalden diğerine geçme olasılığı yüksek olur Bu olaya tünelleme denir

Şekil 71 İki metal arasındaki ince bir yalıtkandan tünellenen elektronlar için Akım-Voltaj ilişkisi
İlk olarak Şekil 71 de görüldüğü gibi, ince bir yalıtkan engele ayrılmış iki normal metal göz önüne alalım İki metal arasına bir V potansiyel fark uygulandığında, elektronlar bir metalden diğerine geçebilir ve bir akım oluşur Uygulanan küçük potansiyel farkları için akım-gerilim bağıntısı doğrusaldır ve eklem için Ohm kanunu geçerlidir

Şekil 72 Süperiletken-normal metal arasındaki ince bir yalıtkandan elektron tünellemesinde Akım-Voltaj ilişkisi
Ancak Şekil 72’de görüldüğü gibi metallerden birisi yerine Tc den daha düşük sıcaklıklarda tutulan süperiletken konulacak olursa, hiç de olağan olmayan bir durum ortaya çıkar Uygulanan potansiyel farkı, eşik değer olarak bilinen bir Ve değerine erişinceye kadar her hangi bir akım geçmez Bu eşik değer, enerji aralığının yarısı olmak üzere
Ve = = (42)
Bağıntısı sağlar Buradaki 1/2 çarpanı, tek parçacık tünellemesi ile ilgilenilmesinden ve kullanılan enerjinin, bir çifti kırmak için gereken 2 nın yarısı olmasından kaynaklanmaktadır Yani eV çarpımı, enerji aralığının deneysel olarak doğrudan ölçülmesini sağlamaktadır Bu tür deneylerden elde edilen  değeri, düşük sıcaklık ısı kapasitesi ölçümlerinden elde edilen değerlerle uyum içindedir
8 JOSEPHSON TÜNELLEMESİ
1961 yılında Brion Josephson, tek parçacık tünellemesine ek olarak, Cooper çiftlerinin de tünellenebileceği fikrini ortaya attı Josephson, çiftlerin hiçbir dirençle karşılaşmadan tünellenerek bir dc akımı oluşturacağını öngörmüştür Üstelik bu akım hiçbir gerilim farkı uygulanmadan da vardır Josephson ayrıca, ekleme bir de gerilim uygulandığında; ikinci bir olay olarak bir ac akımının ortaya çıkacağını öngörmüştür
81 Dc Josephson Olayı

Şekil 811 Çok ince bir yalıtkanla ayrılan iki süperiletkenden Josephson eklemi
Şekil 811 de görüldüğü gibi, 1-2 nm kalınlığında ince bir oksit tabakası ile ayrılan iki süperiletken gözönüne alalım Böyle bir yapı Josephson eklemi olarak bilinir Bir süperiletkende çiftler  = 0 ei dalga fonksiyonu ile temsil edilebilir Burada , her çift için aynı olan fazı göstermektedir Bir eklemdeki süperiletkenden birinin fazı 1, diğerinin ki 2 olmak üzere Josephson, sıfır gerilim farkı altında eklemden;
Is = Im Sin (1, 2) = Im Sin δ (43)
İle verilen bir süperakım geçtiğini göstermiştir Burada Im sıfır gerilim farkı altında eklemden geçen maksimum akımı göstermektedir Im in değeri, süperiletkenlerin temas yönlerine bağlıdır ve oksit tabakasının kalınlığı ile üstel olarak azalır Jesephson etkisinin ilk doğrulanması 1963 yılında Rowell ve Anderson’dan geldi O zamandan beri Jesephon’un tüm teorik öngörüleri kanıtlanmıştır Bir Josephson eklemi için akım-voltaj grafiği şekil 812 de görülmektedir

Şekil 812 Josephson ekleminin Akım – Voltaj eğrisi
82 Ac Josephson Olayı
Bir josephson eklemine bir de voltajı uygulandığında çok dikkat çekici bir olay ortaya çıkar Bu dc voltaj
I = Im Sin (-2ft) (44)
İle verilen bir ac akımı üretir Burada  bir sabt olup t=0 daki faz, F de Josephson akımının
f = (45)
ile verilen frekansıdır 1 V lik bir gerilim fark 483,6 MHz lik bir frekans doğrunun Frekans ve voltajın duyarlı ölçümleri, fizikçilerin e/h oranını daha önce düşünemeyecekleri bir doğrulukla tayin etmelerini mümkün kılmıştır
Ac Josepson olayı değişik yollarla gösterilebilir Bu yöntem, bir dc gerilim farkı uygulamak ve eklem tarafından üretilen elektromanyetik ışımayı algılamaktadır Başka bir yöntem de eklemi, frekansı f olan bir dış ışınım ile ışınlamaktır Bu yöntemde Josephson frekansı f, dış frekans f’nin tam katlarına eşit olduğunda; f’ye karşılık gelen voltaj değeri için I-V grafiklerinde basamaklar meydana gelir Yani V=fh/ze=nfh/2e değerinde basamaklar oluşur(Şekil 821) Eklemin iki tarafı farklı kuantum durumunda bulunduğundan; eklem, enerji soğutarak yada yayarak iki durum arasında geçiş yapan bir alan gibi davranır Sonuç olarak bir Cooper çifti eklemi geçtiğinde, frekansı f=2eV/h olan birr foton yayılır ve soğurulur

Şekil 821 Josephson ekleminde akımının beslem voltajı ve değişimi
9 OKSİTLİ SÜPERİLETKENLER
Oksit süperiletkenlik çalışmaları 1960 ların başlarında başladı Oksitler, ReO3 ve RuO2 gibi çok iyi metalik özelliklere sahip olanları da olmasına rağmen genellikle iyi metalik özelliğe sahip değillerdir Diğer taraftan süperiletkenler Tc nin üstünde iyi metalik özelliklerden geçmezler İlk oksitli süperiletkenlik Nb0 ve T O ile bulundu Bu oksitler, içinde bir miktar oksijen çözünmüş metaller olarak düşünülebilir Bunlar NaCl’a benzer bir yapıya sahiptirler fakat direkt metal-metal etkileşmesi metalik özellik oluşturacak kadar kuvvetlidir Diğer bazı oksitli süperiletkenlerde direkt metal-metal etkileşmesi yüksek iletkenlik gibi metalik özellik vermekten çok uzak olup çok zayıftır Bunun yerine, iletkenlik bandı oksijen ve metal arasındaki kuvvetli kovalent band üzerine kurulmuştur
Müller ve Bednorz, 1986’nın ortalarında kritik sıcaklığı 35 0K e kadar çıkardılar 1987’nin başında Paul Chu 90 0K in biraz üzerine çıkarmıştır Bu, süperiletkente ilk defa sıvı azot sıcaklığında süperiletkenlik elde edildiğinden devrim olarak nitelendirilir
10 SÜPERİLETKENLER UYGULAMALARI
Yüksek Tc süperiletken teknolojisinin tesiri transistör veya Laserinkine eşit veya onu geçecektir
101 Bilgisayarlar
Süperiletkenler kullanılarak daha hızlı ve küçük bilgisayarlar yapılabilir Süperiletken ısı yaymadığından devreler daha yakın paketlenebilir Sonuç, daha komplex ve daha küçük hacime yerleştirilmiş hızlı devreler olacaktır SC lerin bilgisayarda bir uygulaması yarıiletken araçları bağlamak için kullanılan SC bağlantı hatlarıdır Diğer bir uygulama Josepson eklemleridir Bunlar SC elektroniğinde açma-kapama zamanları 6 pikosaniye mertebesindedir Yarıiletken swiçlerden 10 defa daha hızlıdır 770 MHz de çalışan 4 bit SC mikroişlemci deneysel olarak geliştirilmiştir
102 Elektrik Güç Nakli
SC iletim hatlarının alışılmış bakır kablolarına göre birçok avantajı vardır Ana yararı çok önemli miktarda daha fazla akım taşıma kabiliyetidir Deneysel sıvı helyum çok önemli miktarda daha fazla akım taşıma kabiliyetidir Deneysel sıvı helyum sıcaklığına kadar soğutulmuş bakır kablodan aynı boyutlar ve voltajdaki bakır kablodan üç kat daha fazla akım taşıyabileceğini göstermiştir SC nin diğer yararı direnç nedeni ile olan güç kaybının yokluğudur Bu, çok uzun mesafeerden güç kaybını ekonomik yapar Jeotermal, hidroelektrik ve güneş enerjileri santrallerin olduğu bölgelerden nüfus yoğunluğu olan bölgelere verimli olarak enerji nakli yapılır Kirletici olan nükleer ve kömür santralleri yerleşim bölgelerinin dışına inşa edilebilir (Tokyo’da SC iletim hattı inşaatı vardır)
103 Magnetik Ayırma
Magnetik ayırma bir karışım içinden bilinen bazı bileşenleri ayırma metodudur Değişik bileşenlerin magnetik özellikleri farklı olduğundan bazıları çekilip alınırken bazıları karışımda kalır HTSC magnetler bir çok uygulamalar sunacaktır; kömürden kükürt ayırma, madenlerden safsızlıkların ayrılması, artık suyun arıtılması, kimyasalların saflaştırılması ve gazların ayrılması gibi düşük maliyet, küçük boyut ve daha yüksek magnetik alan ile HTSC ler bu uygulamalar için çok çekici olacaktır
104 Motorlar
Meissner olayına dayanan SC motorlar, magnetik alan çizgilerini iterler SC motorlar akım kaybını %50 civarında azaltır SC motorlar, arabalarda, pompalarda, dönen millerde vs kullanılır
105 Magnetik Enerji Depolama (SMES)
Magnetik enerji depolamada enerji toprağa gömülen büyük SC magnet ile oluşturulur Enerji bobinde depolanır ve güç kaybı olmadan sonsuza kadar dolandırılır Depolamak için enerjiden başka formlara çevrilmesine gerek yoktur Enerjiye ihtiyaç olduğu zaman çabukça boşaltılır Bu ise magnetik alanda ve dolayısıyla depolanan enerjide azalmaya neden olur SMES sistemi % 90 verimle çalışır
106 Güç Transformerları
Bilimadamları, transformerların verimsiz çalışması nedeniyle elektrik güç nakli sırasında enerjinin 1/6 sının kaybedildiğini tahmin etmektedirler Eğer transformerlarda SC sarımlar kullanılsa verim artacak ve maliyet düşecektir
kaynak : vikipedi