30.21: Süperiletkenlerin Türleri

Bir süperiletken, kritik bir sıcaklığın altına düştüğünde elektrik akımına sıfır direnç sunan bir maddedir. Malzemeler geçiş sıcaklıklarına ulaştığında sıfır direnç sunmanın yanı sıra başka ilginç fenomenler de ortaya çıkar. İkinci bir etki olarak manyetik alanların dışarıya itilmesi gözlemlenir, bu Meissner etkisi olarak bilinir. Süperiletken bir örneğin üzerine yerleştirilen hafif, kalıcı mıknatıs, süperiletkenin üzerinde istikrarlı bir şekilde süzülür. Güçlü süperiletken mıknatıslar üzerinde süzülen yüksek hızlı trenler geliştirilmiş olup, tren ile raylar arasında normalde yaşanan sürtünmeyi ortadan kaldırır. 3 Nisan 1997 tarihinde Japonya'da Yamanashi Maglev test hattı resmi olarak açıldı ve Nisan 2015'te MLX01 test aracı, güçlü süperiletken mıknatıslar kullanarak saatte 374 mph hızına ulaştı.

Süperiletkenler, Tip I ve Tip II süperiletkenler olmak üzere kategorilere ayrılabilir.

Otuz saf maden, kritik sıcaklıklarının altında sıfır dirençlilik gösterir ve Meissner etkisine sahiptir. Süperiletken iç kısmından manyetik alanların dışarıya itilmesi özelliğine sahipken kritik sıcaklık altında süperiletkenliği korur. Bu metaller Tip I süperiletkenler olarak adlandırılır. Süperiletkenlik sadece kritik sıcaklıklarının altında ve kritik manyetik alan şiddetinin altında mevcuttur. Tip I süperiletkenlerin pratik uygulamalarda sınırlı kullanımı vardır çünkü süperiletkenliği yok etmek için gereken kritik manyetik alanın gücü oldukça düşüktür.

Tip II süperiletkenler, çok daha yüksek kritik manyetik alanlara sahiptir ve süperiletken durumda kalırken çok daha yüksek akım yoğunlukları taşıyabilirler. Barium-bakır-oksid içeren çeşitli seramik malzemeler, süperiletken bir duruma geçiş için daha yüksek kritik sıcaklıklara sahiptir. Tip II süperiletkenlerin bu alt kategorisine dahil olan süperiletken malzemeler genellikle yüksek-temperatureli süperiletkenler olarak kategorize edilir.

Herhangi bir süper iletken malzeme üzerine kalıcı bir mıknatıs yerleştirildiğinde, Meissner etkisi nedeniyle mıknatıs itilir ve sabit bir konumda havaya kalkar. Süperiletkenler, davranışlarına ve özelliklerine göre Tip I ve Tip II gruplara ayrılır.

Tip I süper iletkenler, oda sıcaklığında çalıştırıldığında iletken görevi görür. Bununla birlikte, kritik sıcaklığın altına soğutulduğunda, maddenin içindeki moleküler hareket azalır ve akımın mümkün olduğunca serbestçe akmasına izin verilir.

Tipik olarak cıva, çinko, alüminyum, kurşun vb. gibi saf metallerden oluşurlar ve düşük kritik manyetik alana sahipken Meissner etkisine tamamen uyarlar.

Tip II süper iletkenler, ara sıcaklıklarda ve süper iletken fazların üzerindeki alanlarda karışık sıradan ve süper iletken özelliklere sahip bir ara faz sergiler.

Tipik olarak elementel niyobyum, vanadyum, teknesyum ve metal alaşımları veya kompleks oksitler içerirler.

Tip-II süper iletkenler kısmen Meissner etkisine uyar ve iki kritik manyetik alana sahiptir.