sıfır direnç

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 2.1)

Şekil 2.1 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 =  σ.E..............................(5)dir.

m. = -e. E - m. ....(6)

V_d = - ........................(7)

Birim hacmindeki yük (-N.e) olduğundan

J = (-N.e) V_d ......................(8)

olur. (8), (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 2.2).

         ρ

Şekil 2.2 Safsızlıkların kolayda süperiletkenlik geçişine etkisi

Süperiletkenlik çok nadir rastlanan bir olay değildir. Önemli miktarda (bilinen 27) element ve alaşımda bu özellik görülmektedir (Tablo 2.1).

Tablo 2.1. 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.

Yorumlar (0)

Bu icerige ait yorumlari masaustune alabilirsiniz

Yorum Yazin

Adiniz

Email

Baslik

Yorum

eksi not | arti not

Bu yoruma abone ol (Sadece kayitli kullanicilar icin)

Okudum ve kabul ediyorum Yorum gonderim kurallari.

Lutfen resimdeki guvenlik kodunu girin

Yorum Ekleyin