Süper iletkenlik

Elektronun keşfinin ortaya çıkardığı en önemli sonuçlardan birisi süperiletkenliğin bulunmasıdır. Elektrik akımı, yani elektronların akışı, iletken kablolar yardımıyla sağlanır. Fakat bu metal kabloların elektriksel dirençleri vardır ve akımın telden akması sırasında bu direnç nedeniyle enerjilerinin bir kısmı atık ısıya dönüşür.

Süperiletken malzemelerde ise neredeyse hiç elektriksel direnç yoktur. Dolayısıyla elektrik akımı bir süperiletkenden hiç enerji kaybına uğramadan akabilir.

Süperiletkenliğin keşfi, yüzyılımızın başlarında oldu. Danimarkalı fizikçi Kamerlingh Onnes, 1908 yılında, mutlak sıfırın birkaç derece üstündeki sıcaklıklarda civanın elektriksel direncini ölçerken 4,2 °K’de direncin aniden sıfıra gittiğini gözledi. Daha sonraları, bu mükemmel iletkenliğe keskin geçişin, başka metal ve alaşımlarda da olduğu bulundu ve bu olguya süperiletkenlik adı verildi.

Bir metal, özelliklerine bağlı olarak değişen ve geçiş sıcaklığı adı verilen belli bir sıcaklıkta süperiletken hale gelir. Örneğin çinko için bu sıcaklık 0,88 °K iken kurşun için 7,2 °K dir.

Süperiletkenlik olgusu, elektronların davranışıyla belirlenir: Süperiletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların, civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri, örgüde kusurlara neden olur. Bunun sonucunda, normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.

"Cooper Çiftleri" adı verilen bu elektron çiftlerinin, saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur. Üstelik bu çiftlerin, saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır. Bu çiftler süperiletkenliğin sorumlusudur. Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik, temelde saçılmaya bağlıdır; ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.

Süperiletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması, yüzyılımızın ortalarında John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı.