Süperiletkenlerde Sonsuza Dek Akıp Giden Elektrik Akımları

Fermiyonların bozon gibi davrandığı özel durum, bir metal içindeki elektrik akımında yaşanmaktadır. Metal atomlarının en dış yörüngesinde bulunan elektronlar çok gevşek bir yapıda olduklarından, atomdan kurtularak ayrılabilirler. Metalin uç noktaları arasında bir bataryayla gerilim uygulandığı takdirde, özgürlüğüne kavuşmuş sayısız elektron, metalin içinden akıp geçerek bir elektrik akımı oluşturacaktır.

Elektron fermiyon sınıfında olduğundan, asosyal bir yapıdadır. Her bir basamağın daha yüksek bir enerji düzeyine tekabül ettiği bir merdiven düşünün. Elektronlar en alttan başlayarak her basamağa ikişer ikişer yerleşir (bozonlar ise memnuniyetle en alt basamaklarda birikecektir). Her bir elektron çifti için ayrı bir basamağın gerekliliği, bir metal içindeki elektronların tahmin edildiğinden çok daha fazla enerjiye sahip olduğunu göstermektedir.

Ancak bir metal mutlak sıfır noktasına (mümkün en düşük sıcaklık, -273,15 derece) inecek kadar soğutulduğunda, gerçekten de tuhaf bir şey meydana gelmektedir. Genelde her bir elektron, metalin içinde, diğer tüm elektronlardan bağımsız bir şekilde hareket eder. Öte yandan sıcaklık düştükçe, metal atomları gittikçe daha cansız bir şekilde titreşir. Bir elektron geçerken, elektronlardan binlerce kat daha fazla kütleli olsalar da, metal atomuyla aralarındaki elektriksel çekim gücü, atomun elektronun peşinden çekilmesi için yeterlidir. Çekilen atom ise bir başka elektronu çeker. Bu yolla, bir elektron diğer bir elektronu, metal atomunun aracılığıyla etkilemiş olur.

Bu etki, metalin içinden geçen akımın doğası üzerinde kökten bir değişikliğe neden olmaktadır. Akım, tek tek elektronlar yerine, “Cooper çiftleri” olarak bilinen elektron çiftlerinden oluşmuştur. Ancak her bir Cooper çifti içindeki elektronların spin yönleri birbirinden farklı olduğu için, birbirlerini sönümlendirirler. Dolayısıyla Cooper çiftleri bozondur!

Cooper çiftini oluşturan elektronlar, metal içinde birbirlerine yakın bile olmayabilir. Cooper çiftinin bir üyesiyle diğeri arasında, binlerce başka elektron bulunabilir. Ancak bu yalnızca tuhaf bir detaydır. Esas nokta, Cooper çiftlerinin bozon olduğudur. Ve süperiletkenin ultra-düşük sıcaklığında, bütün bozonlar aynı durumda toplaşarak mukavemet edilemez tek bir varlık gibi davranırlar. Kitle halinde akmaya başladıkları anda, onları durdurmak hiç de kolay değildir.

Normal bir metalde, elektrik akımına, metalin içine karışmış ametal atomlar tarafından karşı konur; bu atomlar elektronların yoluna çıkarak metal içindeki ilerleyişlerini engeller. Fakat katışık bir atom normal bir atom içindeki elektronu engelleyebilirken, bir süperiletken içindeki Cooper çiftine karşı koyması neredeyse imkansızdır. Bunun nedeni, her bir Cooper çiftinin, milyarlarca ve milyarlarca benzeriyle uygun adım bir tempo tutturmuş olmasıdır. Bir katışık atom artık bu akışı asla durduramaz. Bir kez başladığı anda, süperiletken içindeki akım sonsuza dek sürecektir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Abonelik için e-posta yazmalısınız. Yorumda html etiketleri kullanabilirsiniz.