Adını özellikle Maglev Treni sayesinde duymaya başladığımız ismi kulağa oldukça havalı gelen süperiletkenlik ilk defa 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerling Onnes tarafından cıva üzerinde çalışırken 4,2 Kelvin sıcaklığında elektrik direncinin sıfır olduğunu farketmesiyle keşfedildi. Gelin beraber bu süperiletkenlik nedir inceleyelim.
Süperiletken Nedir?
Süperiletkenlik maddenin ancak kritik sıcaklık (Tc) altında gerçekleşen (Kritik sıcaklık üstünde normal iletken davranış devam eder) kuantum halidir. Burada kuantum hali denilerek kast ettiğimiz şey, süperiletkenlik durumunun klasik mekanik ile açıklanamyıp kuantum menkaniği ile açıklanabilir oluşudur. Süperiletkenler tek bir kavramla tanımlanmaz, süperiletkenliği tanımlarken manyetik alan ve elektrik direnci üzerinden tanımlarız.
Elektriksel direnç:
Her şey elektrondan oluşur ve pek çok olguyu açıklarken elektronlardan bahsederek anlamamız mümkündür. Örneğin; elektrik, elektronların malzeme içindeki akışıdır ve elektronlar bu akış süresinde birbirleriyle çarpışarak bir miktar ısı enerjisi ortaya çıkarırlar. Elektron akışının karşılaştığı bu zorluk elektriksel direnç olarak bilinir. Bu durum enerji kaybı anlamına geldiği için pek de arzulanmayan bir durum olabilir. Ancak süperiletkenlerde elektronlar birbirleriyle çarpışmazlar. Doğru akım direnci görülmez. Bu nedenle enerji kaybı olmaz.
Peki neden süperiletkenlerde bu durum gerçekleşmez? Bunu John Bardeen, Leon Cooper ve John Scrieffer üçlüsünün BCS terosi olarak bilinen ve onlara Nobel ödülü kazandıran teorisi açıklar:
Düşük sıcaklıkta atomlar durma nokasına gelirler ve aynı enerjiye ancak farklı dönme sayısına sahip elektronlar cooper çifti oluşturarak birbirlerini sönümlemeden çiftler halinde kolayca hareket ederler. Çarpışmalar ortadan kalkınca direnç gibi bir problemimiz de kalmaz.
Süperiletkenleri kritik sıcaklığa soğutmak için sıvı hidrojen veya sıvı helyum kullanabiliriz ancak sıvı hidrojenle soğuturken yeterince soğutabilmemiz için malzemenin bir alaşım olması gerekmesi ve sıvı helyumla soğuturken helyumun pahalı olması sorun yaratır.
Manyetik Alan:
Süperiletkenler manyetik değişim alanı kabul etmezler yani diamanyetik davranış sergiler. Yani malzeme mıknatısları geri iter. Böylece çok yüksek akım taşıyabilirler. Bu mıknatısları geri etmesinin bir sonucu olarak bir süperiletken malzemeye mıknatıs yaklaştırırsanız havada uçarcasına asılı kaldığını görürsünüz. Süperiletkenliği açıklayan manyetik alan fenomeni Meissner etkisidir. Bu fenomen ismini keşfini yapan bilim insanından alan Meissner etkisiyle şöyle açıklanır:
Bir iletken tarafından hareket ettirilen bir mıknatıs, iletkendeki akımları indükler. Elektrik jeneratörünün çalışma prensibi budur. Ancak, bir süper iletkende indüklenen akımlar, süper iletken malzemeye nüfuz edecek alanı aynen yansıtır ve mıknatısın itilmesine neden olur. Bu fenomen güçlü diamanyetizma olarak bilinir ve “Meissner etkisi” (bir eş anlamlı) olarak adlandırılır. Meissner etkisi o kadar güçlüdür ki, bir mıknatıs, aslında süper iletken bir malzemenin üzerine havalandırılabilir.
Süperiletkenlerin Sınıflandırılması
Süperiletkenler sınıflandırılırken 4 yaygın kriter bulunur.
1-İşleyiş Teorisine Göre: BCS teorisi ile açıklanan klasik süperiletken (ki bu aslından diğer bir sınıflandırmada tip 1 dediğimiz durumdur) ve BCS teorisi ile açıklanamayan bilinmeyen süperiletkendir.
2-Kritik Sıcaklığa Göre: Tc ‘ye soğutulurken sıvı azot kullanılırsa yüksek ısılı, daha etkili bir soğutma yöntemi gerekiyorsa düşük ısılı olarak ayırırız. Süper iletkenlerde kritik ısı- manyetik alan ilişkisine dair şöyle bir formül bulunur: 
3-Maddesine Göre: Bir süperiletken kimyasal element, alaşım, seramik, demir bazlı veya organik olabilir.
4-Manyetik Alana Tepkisine Göre: 1. Tip ya da 2. Tip olarak ayırırız.
Tip 1 Süperiletkenler:
Tip 1 süperiletken kategorisi temel olarak oda sıcaklığında iletkenlik gösteren metallerden ve metaloidlerden oluşur. BCS teorisinde olduğu gibi elektron akışının engellerinin kalkması, moleküler titreşimin yeterince yavaşlaması için epey soğuğa ihtiyaç duyarlar.
Tip 2 Süperiletkenler:
Vanadyum, technetium ve niobium elementleri dışında, Tip 2 süper iletken kategorisi metalik bileşik ve alaşımlardan oluşur. Yeni keşfedilen süper iletken “perovskitler” (normal olarak her 3 oksijen atomuna 2 metal atomuna sahip metal oksit seramikler) bu Tip 2 grubuna aittir. Daha yüksek kritik sıcaklıklar ile elde edilebilir. İlk üretilen Tip 2 süperiletken 1930 yılında üretilen kurşun ve bizmut alaşımıdır.
Süperiletkenlerin Teknolojide uygulamaları:
Özellikle elektronik teknolojisinde çok sık kullanılan süperiletkenlerin en bilinen örnekleri MR ve Maglev trenidir.
Maglev Treni: Magnetic Levitation yani manyetik levitasyondan (havaya kaldırma) alır. Normal bir tren en büyük farkı fosil yakıtlardan enerji kazanan klasik bir motor kullanmaması, onun yerine kılavuz duvarları ve izindeki elektrikli bobinlerin yarattığı manyetik alanın, treni itmek için birleşmesidir. Maglev treni süperiletken magnetler aracılığıyla çalışır. Bu tren çok yüksek hıza ( saatte 550 km/s aşan) ulaşabilir.
MR (Manyetik Rezonans): İnsan vücudunun kesitsel görüntülerini veya “dilimlerini” oluşturmak için manyetik enerji ve radyo dalgaları kullanır. Bu cihazda da süperiletken magnetlerden faydalanılır.
Kaynakça ve İleri Okuma:
https://www.youtube.com/watch?v=h6FYs_AUCsQ
https://www.youtube.com/watch?v=GuPg4invq7o
http://superconductors.org/
http://cesur.ankara.edu.tr/superiletkenlik-teorisien/
http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/superiletkenlik-nedir
https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/maglev-train.htm
