Süper iletken malzeme nedir

Sıcaklık belirli bir kritik sıcaklığa düştüğünde bazı malzemelerin direnci tamamen ortadan kalkar. Bu fenomene süperiletkenlik adı verilir ve bu fenomenin olduğu materyallere süper iletken materyaller denir. Süperiletkenlerin bir başka özelliği de, direnç ortadan kalktığında manyetik indüksiyon hatlarının süperiletken üzerinden geçmemesidir. Bu fenomen, diyamanyetizma olarak adlandırılır.

Genel metallerin (bakır gibi) direnci, sıcaklığın düşmesiyle kademeli olarak azalır. Sıcaklık 0K'ye yakın olduğunda direnci belli bir değere ulaşır. 1919'da Hollandalı bilim adamı Onnes cıvayı soğutmak için sıvı helyum kullandı. Sıcaklık 4.2K'ya (yani -269 ° C) düştüğünde, civa direncinin tamamen ortadan kalktığını gördü.

Süperiletkenlik ve diyamanyetizma, süperiletkenlerin iki önemli özelliğidir. Süper iletkenin direncinin sıfır olduğu sıcaklığa kritik sıcaklık (TC) denir. Süperiletken malzemelerin araştırılmasındaki sorun,&`` sıcaklık bariyeri&`` yi aşmak, yani yüksek sıcaklıkta süperiletken materyaller bulmaktır.

NbTi ve Nb3Sn tarafından temsil edilen pratik süper iletken malzemeler ticarileştirilmiş ve nükleer manyetik rezonans insan görüntüleme (NMRI), süper iletken mıknatıslar ve büyük hızlandırıcı mıknatıslar gibi birçok alanda uygulanmıştır; SQUID, süperiletken zayıf akım uygulamalarının bir modeli olarak kullanılmıştır. Zayıf elektromanyetik sinyallerin ölçülmesinde önemli bir rol oynar ve hassasiyeti, süper iletken olmayan başka herhangi bir cihaz tarafından elde edilemez. Bununla birlikte, geleneksel düşük sıcaklıklı süperiletkenlerin kritik sıcaklıkları çok düşük olduğu için, pahalı ve karmaşık sıvı helyum (4.2K) sistemlerinde kullanılmaları gerekir, bu da düşük sıcaklıkta süperiletken uygulamaların gelişimini ciddi şekilde sınırlar.

Yüksek sıcaklıkta oksit süperiletkenlerinin ortaya çıkışı, sıcaklık bariyerini aşmış ve süperiletkenliğin uygulama sıcaklığını sıvı helyumdan (4.2K) sıvı nitrojene (77K) yükseltmiştir. Sıvı helyum ile karşılaştırıldığında sıvı nitrojen çok ekonomik bir soğutucu akışkan olup daha yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir, bu da mühendislik uygulamalarına büyük kolaylık sağlar. Ek olarak, yüksek sıcaklık süper iletkenleri çok yüksek manyetik özelliklere sahiptir ve 20T'nin üzerinde güçlü manyetik alanlar oluşturmak için kullanılabilir.

Süper iletken malzemelerin en çekici uygulamaları güç üretimi, güç aktarımı ve enerji depolamadır. Süper iletken bir jeneratörün bobin mıknatısını yapmak için süper iletken malzemeler kullanmak, jeneratörün manyetik alan gücünü 50.000 ila 60.000 Gauss'a çıkarabilir ve neredeyse hiç enerji kaybı olmaz. Geleneksel jeneratörlerle karşılaştırıldığında, süper iletken jeneratörlerin tek kapasitesi 5 ~ 10 kat artırılır, güç üretim verimliliği% 50 artar; süper iletken iletim hatları ve süper iletken transformatörler, neredeyse hiç kayıpsız olarak kullanıcılara güç iletebilir. İstatistiklere göre bakır veya alüminyum tel iletimindeki güç kaybının yaklaşık% 15'i iletim hattı üzerindedir. Çin'de yıllık güç kaybı 100 milyar derecenin üzerindedir. Süper iletken güç iletimine değiştirilirse, tasarruf edilen enerji yeni düzinelerce büyük ölçekli enerji santraline eşdeğerdir; Süperiletken maglev trenlerinin çalışma prensibi, süperiletken malzemeleri azaltmak için süper iletken malzemelerin diyamanyetik özelliklerini kullanmaktır. İletken malzeme kalıcı mıknatısın (veya manyetik alanın) üzerine yerleştirilir. Süper iletkenin diamanyetizması nedeniyle, mıknatısın manyetik alan çizgileri süper iletkenden geçemez. Mıknatıs (veya manyetik alan) ile süper iletken arasında itici kuvvet üretilecek ve süper iletkenin üzerinde yükselmesine neden olacaktır. Bu tür manyetik kaldırma etkisi, Şangay Pudong Uluslararası Havaalanı'ndaki yüksek hızlı trenler gibi yüksek hızlı süper iletken manyetik kaldırma trenleri yapmak için kullanılabilir; süper iletken bilgisayarlar için, yüksek hızlı bilgisayarlar, entegre devre yongaları üzerindeki bileşenlerin ve bağlantı hatlarının yoğun düzenlemesini gerektirir, ancak yoğun şekilde düzenlenmiş devreler Çalışma sırasında büyük miktarda ısı üretilir. Bir bağlantı teli veya ultra mikro ısıtmalı bir süper iletken cihaz yapmak için sıfıra yakın bir dirençli süper iletken bir malzeme kullanılırsa, ısı dağıtımı sorunu olmayacak ve bilgisayarın hızı büyük ölçüde geliştirilebilir.