Bir Süper İletken Nasıl Çalışır?

Bir süper iletkenin nasıl çalıştığını anlamak için, normal bir iletkenin önce nasıl çalıştığını incelemek yardımcı olabilir. Su ve metal gibi bazı malzemeler, elektronların bir bahçe hortumu içerisindeki su gibi oldukça kolay bir şekilde içinden geçmelerini sağlar. Ahşap ve plastik gibi diğer malzemeler elektronların akmasına izin vermez, bu yüzden iletken olmadıkları düşünülür. Elektriği onların içinden geçirmeye çalışmak, tuğlanın içinden su akıtmaya çalışmak gibi bir şey olur.

İletken olduğu düşünülen malzemeler arasında bile, elektriğin gerçekte ne kadar içinden geçebileceği konusunda büyük farklılıklar olabilir. Elektrik açısından buna direnç denir. Neredeyse tüm normal elektrik iletkenleri bir miktar dirence sahiptir, çünkü tel, su veya başka bir malzemeden geçerken elektronları bloke eden veya emen kendi atomlarına sahiptirler. Elektrik akışını kontrol altında tutmak için küçük bir direnç yararlı olabilir, ancak verimsiz ve israflı olabilir.

Bir süper iletken direnç fikrini alır ve kafasına çevirir. Bir süper iletken genel olarak halihazırda düşük bir atom sayısına sahip olan kurşun veya niyobyumtitanyum gibi sentetik malzemelerden veya metallerden oluşur. Bu malzemeler neredeyse tamamen sıfıra donduğunda, hangi atomları durma noktasına kadar öğütürler. Bu atomik aktivitenin tümü olmadan, elektrik malzemeden içinden neredeyse hiç direnç göstermeden akabilir. Pratik açıdan, bir süper iletken ile donatılmış bir bilgisayar işlemcisi veya elektrikli tren yolu, işlevlerini yerine getirmek için çok az elektrik kullanır.

Bir süper iletkendeki en belirgin sorun sıcaklıktır. Büyük süper iletken malzeme kaynaklarını istenen geçiş noktasına soğutmak için birkaç pratik yol vardır. Bir süper iletken ısınmaya başladığında, orijinal atom enerjisi geri yüklenir ve malzeme tekrar direnç oluşturur. Pratik bir süper iletken yaratmanın püf noktası oda sıcaklığında süper iletken olan bir malzeme bulmaktır. Şimdiye kadar araştırmacılar, yüksek sıcaklıklarda tüm elektrik direncini yitiren herhangi bir metal veya kompozit malzeme bulamadılar.

Bu sorunu açıklamak için standart bir bakır teli su olarak düşünün. Bir grup elektron bir teknede, giriş yönündeki varış yerlerine ulaşmaya çalışıyor. Akış yönündeki aşağı akan suyun gücü, tüm nehrin içinden geçmek için teknenin daha fazla çalışmasını sağlayan direnç yaratır. Tekne hedefine ulaştığında, elektron yolcularının birçoğu devam edemeyecek kadar zayıf. Normal bir iletkende olan şey budur - doğal direnç güç kaybına neden olur.

Şimdi nehrin tamamen donmuş olduğunu ve elektronların bir kızakta olduğunu hayal edin. Akış yönünde su akmayacağından direnç olmaz. Kızak basitçe buzu geçecek ve elektron yolcularının neredeyse tamamını güvenli bir şekilde yukarı aktaracaktı. Elektronlar değişmedi, ancak nehir, direnç göstermemek için sıcaklıkla değiştirildi. Nehiri normal sıcaklıkta dondurmanın bir yolunu bulmak süper iletken araştırmalarının nihai amacıdır.