I. Tip süperiletkenlerin bazı özellikleri

 Kritik Sıcaklık

Süperiletkenliğin 1911’deki keşfinden sonra, pek çok metalin direncinin, her metale özgü kritik bir Tc sıcaklığının altında, sıfıra gittiği gözlenmiştir.

Çok iyi iletken olan bakır, gümüş ve altın süperiletkenlik göstermezler.

Manyetik özellikleri ve Kritik Manyetik alan

Süperiletken, sıfır dc (doğru akım) direncine sahip olma gibi önemli bir özelliğe sahiptir.

Ohm kanununa göre, bir iletken içindeki elktrik alan, o iletkenin direnci ile orantılıdır. Dolayısı ile, bir süperiletken için R=0  olduğundan, süperiletkenin içinde elektrik alan sıfır olmak zorundadır. Faraday’ın Indüksiyon Kanunu

-----------------(11)

Şeklinde yazılabilir. Yani, E nin kapalı bir ilmek (halka) boyunca çizgi integrali, kapalı ilmek düzleminden geçen Φ_m manyetik akışının zamana göre değişiminin eksi işaretlerine eşittir. Bir süperiletken içindeki her nokta E=0 olduğundan, kapalı yol boyunca alınan integral yani  = 0 olur. Bu da, süperiletken içindeki manyetik akının değişmeyeceğini ifade eder. Buradan B (= _m /A) nin, süperiletken içinde sabit kalması gerektiği soncuna varılır.

1933'den öncelerde; süperiletkenlik, mükemmel iletkenliğin bir görünümü olarak kabul ediliyordu. Mükemmel bir iletken, manyetik alan uygulanmışken kritik sıcaklığının altına kadar soğutulursa, alan söndürüldükten sonra bile iletkenin içinde manyetik alan tuzaklanır. Mükemmel bir iletken için denge termodinamiği uygulamaz. Çünkü, maddenin manyetik alandaki son hali, önce alan uygulanıp sonra alan uygulandığına mı bağlıdır. Maddenin son hali bu işlemlerin yapılışı sırasına bağlı olduğundan, alan Tc nin altına soğutulduktan sonra uygulanırsa, alanın süperiletken dışarılanması gerekir. Diğer taraftan önce alan uygulanıp, sonra Tc nin altına soğutulursa, alanın süperiletkenden dışarılanması gerekir.

1930’larda süperiletkenlerin manyetik özelliklerinin anlaşılması için yapılan deneyler farklı sonuçlar vermiştir. 1933 yılında Meissner ve Ochsenfeld zayıf bir manyetik alanda soğuktan bir metal, süperiletken olduğunda, madde içinde her noktada B=0 olacak şekilde alanın dışarılandığını keşfettiler. Böylece alan, ister madde kritik sıcaklığın altına soğutulmadan önce, ister soğutulduktan sonra uygulanmış olsun, aynı B=0 durumuna erişildiği bulunmuş olur.

Meıssner olayı

1933’de iki Alman fizikçi Meissner ve Ochsenfeld, süperiletkenlerin manyetik alan çizgilerini ittiklerini ve içlerine sokmadıklarını gözlediler. Bu olaya Meissner Olayı denir. Silindir şeklindeki süperiletkenlerle yaptıkları bir seri deneyde, kritik sıcaklığın hemen altına gelince numunenin manyetik alan çizgilerini iterek tam olarak içlerinden kovdukları ve süperiletken olduklarını göstermişlerdir. (Şekil 3.1).

Şekil 3.2.1. Meissner Olayı: T<Tc sıcaklığında süperiletken tarafından itilen manyetik alan çizgileri

Adı geçen araştırmacılar bu olayın dönüşümlü olduğunu da göstermişlerdir. Numune içinde manyetik alan

= μ ₀ ( + ) = μ₀ (1+c ) -------------(12)

ile verilir. Burada H, dışarıdan uygulanan manyetik alan, M ortamın magnetizasyonu, χ ise ortamın manyetik duygunluğudur. Süperiletkenlik durumunda B=0 olduğundan

= -  -----------------------(13)

olur. Bu nedenle ortam diyamagnetiktir ve duygunluk

            c = -1--------------------------(14)

dir. Bu durumda magnetizasyon dış alanın etkisini ortadan kaldırmaktadır. Bu bizi tam diyamagnetizme götürür (Şekil 3.2)

Şekil 3.2.2. Süperiletkende magnetizasyon eğrisi

Bu davranışı normal bir metalle karşılaştıralım. Diyamagnetik bir metalde eğer spin duygunluğu ihmal edilirse c = -10^-5 mertbesindedir ve (14) te verilen çok küçüktür. Bu durumun süperiletkende elde edilişine bazı yeni mekanizmalar neden olmaktadır. Meissner Olayı süperiletkenlik halinin anlaşılması için kuvvetli bir tekniktir.

Onnes’in süperiletkenliği keşfinden çok kısa bir süre sonra, magnetik alanın süperiletkenliği bozduğu bulundu. Hc kritik alanı denilen yeteri kadar büyük bir magnetik alan uygulandığı zaman, süperiletken, normal hale gelmekte ve T<Tc olmasına rağmen direnç göstermektedir. 

Kritik alan sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık T=0 ⁰K den T=Tc sıcaklığına yükselirken Hc azalmaktadır. Ampirik olarak değişim bağıntısı

H_c (T)= H_c (0)  1-   ² -----------------------(15)

yazılır. T = 0 ⁰K de H_c (0) Maksimum değerdir, T = Tc de ise sıfırdır. Tipik Hc değerleri birkaç yüz gauss kadardır.

I. tip süperiletkenlerde H_c (T) nin sıcaklıkla  olan değişimi aşağıdaki gibidir.

Şekil 3.2.3 Birkaç I. tip süperiletken için H_c (T) nin sıcaklıkla olan değişimi

I.tip süperiletkenler için üst kritik olan değerler Tablo 3.1 de verilmiştir.

Tablo 3.2.1. Bazı I tip süperiletkenlerin T = 0 ⁰K de ölçülen kritik magnetik alanları.

Magnetik alan dışardan uygulamaya ihtiyaç yoktur. Halka şeklindeki süperiletkenden akım geçirilirse kendi magnetik alanını oluşturur. Akım yeteri kadar büyük ise alan kritik değere ulaşacak ve süperiletkenlik bozulacaktır. Bu durum, süperiletkenden geçirilecek akımın değerini sınırlar, bu da yüksek alanlı süperiletken magnet yapımının sınırlamasını oluşturur.

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