Temel Özellikler

Süperiletken malzemeleri teknolojik açıdan ön plana çıkaran çok önemli temel özellikleri vardır. Bunların başında elektriksel açıdan doğru akıma (d.c.) karşı sıfır direnç (her ne kadar direnç tam olarak sıfır olmasa da 10-8 ohm-cm basamağı uluslararası formatta sıfır olarak kabul edilmektedir) göstermeleri, normal iletkenler ile karşılaştırıldıklarında oldukça yüksek akım taşıma kapasitesine sahip olmaları gelmektedir, Şekil 3. Bu özellikler elektrik akımının taşınmasında, depolanmasında, güçlü mıknatısların yapılmasında, jeneratörlerde ve elektrik ile çalışan hassas cihazların üretilmesinde önemli bir yere sahiptir.
Yüksek frekanslarda son derece düşük direnç göstermeleri, çok düşük sinyal dağılımı ve neredeyse ışık hızına yakın hızlarda sinyal taşıma kapasitesine sahip olmaları ise haberleşme, askeri amaçlar (savunma sanayinde) ve mikrodalga teknolojilerinde önem arz etmektedir. Dirençsiz/kayıpsız olarak elektrik akımını iletmeleri ve hatta yüksek frekanslarda dahi çok düşük direnç göstermeleri devre elemanları üzerinde veya daha geniş anlamda devrelerde/cihazlarda ısınma problemini de ortadan kaldırmaktadır.

Şekil 3 – Normal metal ve süperiletken malzemelere ait karakteristik özdirenç-sıcaklık grafiği.

Normal metaller için T(K)=0 da ρ=ρ0 iken süperiletkenlerde T Süperiletken malzemeler manyetik özellikler açısından da elektriksel özellikleri gibi çok önemli özelliklere sahiptir. Örneğin manyetik alana karşı yüksek hassasiyetleri, konvansiyonel manyetik alan detektörlerine ve benzeri ölçüm sistemlerine göre 1000 kez civarında daha hassas sonuçlar verebilmeleri günümüz teknolojisi için son derece önemli uygulama alanları oluşturmaktadır. Bir diğer önemli özellikleri ise dışarıdan uygulanan yüksek manyetik alanları bile rahatlıkla dışarlamalarıdır. Bu durum aynı zamanda Manyetik kaldırma kuvveti (levitasyon) olarak bilinir ve günümüzde hızlı süperiletken trenlerin de (MAGLEV) temelini oluşturmaktadır, Şekil 4.
Süperiletken bir malzeme manyetik alan altında kritik geçiş sıcaklığına (Tc) doğru soğutulduklarında (field cooling, FC) manyetik akıyı çivileme merkezlerinin (pinning centre) içerisinde tutarlar, hapsederler ve eğer manyetik alan daha artırılacak olursa manyetik itici kuvvetler ortaya çıkmaya başlar. Benzer şekilde eğer dışarıdan uygulanan manyetik alan azaltılacak olursa bu kez de çekici kuvvetler hakim olmaya başlarlar. Bu çekici kuvvetler de doğrudan kuvvetli çivilenme merkezleri ile ilgili olmaktadır. Manyetik kaldırma kuvveti durumunda, manyetik alan örneğe ya sürekli bir magnetten ya da bir elektromagnetten uygulanabilir. Eğer örnek bir manyetik alan altında soğutuluyorsa, manyetik akı örnek içerisinde çivileme merkezlerinde yoğunlaşmaktadır.
Eğer süperiletken örnek magnete yaklaştırılacak olursa, örneğe uygulanan manyetik alanın değeri artacaktır (itici kuvvetin değeri artacaktır). Eğer bu hacimsel süperiletken malzeme magnetten eksensel yönde uzaklaştırılacak olursa bu kez de çekici kuvvetler artmış olacaktır. Bu durum MAGLEV trenleri ve süperiletken rulman sistemleri için çok önemlidir. Son olarak özellikle dijital teknolojide ve hızlı bilgisayarlarda gerekli olan ve yarıiletken sistemlere göre çok daha hızlı veri aktarımının süperiletkenler ile sağlanabilmesi günlük yaşantımızda ve teknolojide çok önemli uygulama alanları olarak karşımıza çıkmaktadır. Tüm bunlar göstermektedir ki, yakın gelecekte süperiletkenler ve süperiletken malzemeler ile üretilen sistemler günlük yaşantımızın vazgeçilmez birer parçası olabilecek ve yoğun bir şekilde kullanılabilecektir, özellikle günümüzde hastanelerde kullanılan MRI sistemleri veya hassas detektörler gibi.

Şekil 4 – Süperiletken malzeme ve magnet arasında oluşan manyetik levitasyon.