Yüksek Sıcaklık Süperiletken (HTS) Malzemeler

1986 yılından itibaren HTS süperiletkenlerdeki keşifler ile sıvı azottan (77 K) daha yüksek sıcaklıklarda süperiletkenliğin gözlenmesi doğal olarak ilgiyi bu malzemelere çekmiştir. Bu malzemelerin ilki 1986 yılında keşfedilen LaBaCuO’tir. 30 K civarında süperiletken duruma geçen bu sistemden sonra 1987 yılının sonunda La’ın Yttrium ile değiştirilmesi sonucunda YBa2C3uO7-x sistemi keşfedilmiştir. 1988 yılında ise BiSrCaCuO sisteminin 20-110 K arasında süperiletken olan 3 değişik fazı keşfedilmiştir. Kısa süre sonrada TlBaCaCuO ve HgBaCaCuO malzemelerinin değişik fazlarının 20-133 K arasında süperiletkenlik gösterdiği hatta HgBaCaCuO sisteminin 30 GPa gibi yüksek basınç altında ~164 K de süperiletken olduğu keşfedilmiştir.

HTS Süperiletkenlerin Yaygın Özellikleri

HTS süperiletkenlerin yaygın karakteristik özellikleri bunların teknolojik alanlardaki kullanımının önünü açmaktadır. Genel olarak bu malzemeler perovskit yapısındadır. Ancak büyüme veya düzenli bir oksijenin kaldırılması yoluyla kısmen değişime uğramış kristal yapılara ve süperiletkenlikten sorumlu oldukları bilinen tek ya da çoklu CuO2 tabakası içeren tabakalı kristal yapılara sahiptirler. Cu-O zincirleri CuO2 düzlemlerini besleyen bir yük rezervuarı görevi görmektedir. Genel olarak Hall katsayılarının pozitif olması çoğu HTS süperiletkenlerde yük taşıyıcıların boşluklar olduğunu göstermektedir. Bu durumun en önemli istisnalarından biri Nd2-xCexCuO4 bileşiğidir ve yük taşıyıcıların elektronlar olduğu tespit edilmiştir. Tabakalı yapılaşmanın bir sonucu olarak yüksek derecede anizotropiye sahiptirler. Bu anizotropi, sızma derinliğini, uyum uzunluğunu, üst kritik manyetik alan değerlerini ve iletkenlik özelliklerini kapsamaktadır, Tablo 3. Özellikle düşük sıcaklıklarda tabakalara paralel Ginzburg-Landau uyum uzunlukları 1.5 – 3 nm mertebesindedir ki bu mesafe yaklaşık 5 – 10 örgü sabitine karşılık gelmektedir. ab- düzlemlerine dik doğrultuda ise uyum uzunluğu küçük bir değer olan 0.3 nm ve daha aşağısına düşebilmektedir.

Benzer şekilde, süperiletkenlik özellikleri, süper akımların CuO2 düzlemlerine paralel veya dik akışına göre de farklılık gösterir. Örneğin, eğer manyetik alan ab- düzlemine dik uygulanırsa perdeleme akımları ab- düzlemi boyunca akar ve buna karşılık gelen sızma derinliği λab 150 – 300 nm aralığında olur. Eğer alan ab- düzlemine paralel uygulanırsa, c -ekseni boyunca akan zayıf perdeleme akımlarının etkisiyle manyetik alan daha derinlere nüfus eder ve çok daha büyük λc değerlerine ulaşabilir, Tablo 3. Konvansiyonel LTS süperiletkenlerle karşılaştırıldıklarında, daha düşük uyum uzunluğuna, düşük taşıyıcı yoğunluğuna, yüksek sızma derinliğine, daha büyük enerji aralığına, daha yüksek Tc ve daha büyük üst kritik manyetik alan değerlerine sahiptirler. HTS’ lerde izotop etkisi azdır.