Katalog

TAŞIT OSTÛNİLETKEN MAGNETLER YÖNLENDİRİCİ YOL' ÇEKİCİ SİSTEM İTİCİ SİSTEM Magnetlk lcaldırmalı arcrçlar: Çekici ve itici sistem olarak iki temel gruba ayrılır. Çekici sistemde, yönlendirici yol ve tasıt üzerinde üstüniletken magnetler ile olusturulan magnetik alanlar birbirlerini çekerler ve taşıt havada asılı kalır. jtici sistemde ise yönlendirici yolda magnet olarak kullanılan üstüniletken sarımlarda oluşan magnetik alan, meisneer etkisi nedeniyle taşıtta bulunan üstüniletken içinde yayılamadığından tasıt havada asılı kalır. Magnetler tarafından olusturulan alan yönü, yönlendirici yol boyunca değiştirilerek taşıt hareket ettirilir. Alan yönünün değiştirilme hızı ile tasıt hızı belirlenir. ra çıkabilecek olan bu trenler, magnetik kuvvetler ile havaya kaldırılarak sadece hava sürtünmesine karşı hareket edecek olan geleceğin trenleri olacaktır. Bu konuda ilk fikirler 196O'lı yıllarda olgunlaşmaya başlamıştır. Almanların Transrapid'i konvansiyonel elektromagnetler ile havaya kaldırılarak hareket ettirilir ve 400km/sa hiza ulaşır. Ancak kararsız dinamik yapısı nedeniyle sürekli bilgisayar kontrolüne ihtiyaç duymaktadır. Japon Ulusal Trenyolları, düşük sıcaklık üstüniletken magnet kullanan bir prototip geliştirmiştir. Özel tip tasarıma sahip tren yolundaki aluminyum sarımlar üzerinde, magnetlerin oluşturduğu karşı alan ile itilen tren, havaya kaldırılarak haraket ettirilir. Yüksek sıcaklık üstüniletkenler, magnetik kaldırmalı trenler için daha gerçekçi mühendislik yaklaşımları doğuracaktır. Fakat, maliyet yine oldukça yüksek olacaktır. Soğutma maliyetinin düşmesine rağmen araştırma ve işletme maliyetlerinde büyük düşüşler olmayacaktır. 500km .uzunluktaki bir tren yolunun maliyeti 1.5 ile 4.5 milyar $ arasında değişmektedir. Bu malryet içinde tren maliyeti 10%'luk, soğutma maliyeti ise 1%'lik bir paya sahiptir. Yüksek hızlara çıkabilecek bu araçlar (vakuma alınmış özel tüp içinde yaklaşık 3000km/sa hıza ulaşabileceği teorik olarak hesaplanmıştır.) ancak uzun mesafelerde kullanılabilecektir. Hava trafiğinin çok yoğun olduğu merkezler arasında hizmet verebilecek olan bu trenler, yüksek yolcu kapasitesi ve yüksek hızları ile havayoluna bir alternatif olacaktır. (Örneğin, bir BOEING 727 veya 757'ye tercih edilebilir.) Mikroelektronik Uygulamalar: 196O'lı yıllardan beri üstüniletken cihazlar üzerine yapılan yoğun araştırmalara rağmen, bu cihazlar sıvı helyumda kullanılma zorunlulukları nedeniyle araştırma labaratuvarlarının dışına çıkamamıştır. Bu nedenlc yüksek sıcaklık üstüniletken malzemeler, konvansiyonel üstüniletkenlere göre daha büyük avantajlara sahiptir. Ancak yüksek sıcaklık üstüniletkenlerin elektronik uygulamalarda kullanılmaları konusü'nda aşılması gereken iki temel problem vardır. Birincisi yüksek sıcaklık üstüniletken ince fılm eldesi konusunda yapılan araştırmaların gelişmesi ve sonuçlarının elektronik uygulamalar açısından değerlendirilmesidir. İkincisi ise sinyalgürültü karakteristiklerinin belirlenerek, bu cihazların çalışma sıcaklığının 77K'ne yükseltilmesi ile 4K sıcaklıkta çalışan konvansiyonel elektronik cihazlara göre verimliliklerinin arastırılmasıdır. Üstüniletken elektronik cihazların büyük bir grubu zayıf bağlanvoltmetre tılar temelin'e dayanır. Klasik fiziğe göre iki metalik iletkenin birbirlennden yalıtkan bir engel ile ayrıl • dığı sandviç tipi malzemeye, yüksek voltaj uygulanmadan akım geçmez. Kuantum mekaniğine göre ise küçük bir olasılık içinde de olsa bu engeli aşacak olan elektronlar mevcuttur ve bu olasılık yalıtkan tabanın kalınlığına da bağlıdır. Sistemden kullanışlı bir akımın geçilmesi için yalıtkan engelin kalınlığı tipik olarak lOOA'dan ince olmalıdır 8 (1A 10 " cm). Tünelleşme. akımları ilk olarak 1960'larda Ivar Giaver tarafından gözlenmiştir. Tünelleşme akımları, normal metalik iletkenler arasındaki yalıtkan engelden geçtiği gözlenebilen akımlar olarak tanımlanır. 1962.yılında, Cambridge Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olan Brian, D. Josephson, iki üstüniletken arasındaki bu tip zayıf bağlantılarda oluşabilecek akımları hesaplamıstır. Josephson, ince oksit tabakası gibi zayıf bir bağlantı ile birleştirilen iki üstüniletkende, voltaj düşmesi olmaksızın tünelleşme akımmın mümkün olduğunu göstermiştir. Diğer bir deyişle gerçekte yalıtkan olan ince oksit tabakası, kritik bir akım değerine kadar üstüniletken olarak davranmaktadır. Bu olay d.c. Josephson etkisi olarak adlandırılır ve Josephson Bağlantıları olarak isimlendırilen üstüniletken elektronik cihazların temelini oluşturur. Eğer Josephson bağlantısı ile olusturulan devreden geçen akıma, kritik değerde bir akım eklenirse veya şekilde görüldüğü gibi magnetik alan uygulanırsa cihaz, sıfır iîe belirli bir değerdeki voltaj arasında anahtarlama yapabilir. Bağlantıya a.c. sinyal uygulanacak olursa, akımvoltaj karakteristiği basamak yapısında olacaktır ve uygulanan sinyalin frekansında anahtarlama yapılabilecektir. Bu etki ise a.c. Josephson etkisi olarak adlandırılır ve osilatörlerin ve dedektörlerin temelini oluşturur. Josephson anahtarları, sayısal elektronik için iki açıdan oldukça voltmetre önemlidir. Bu tür bir cihaz 6 pikoI2 saniye (Ipsn10 " sn) gibi kısa sürede anahtarlama yapabilir ve ısı üretimleri vok denecek kadar azdır. Bu avantajlan nedeniyle yarıiletken cihazların yerini alacaklardır. Bu nedenlerle hızlı ve daha küçük bilgisayarlar yapılabilecektir. Josephson bağlantılarının ısı üretmemeleri elektronik devrelerin daha küçük hacimlere sıkıştınlmalarıru sağlayacaktır. IBM labaratuvarlannda yüksek sıcaklık üstüniletkenler ile yapılan 4 bitlik bir üstüniletken mikroproserönü çalışma frekansı 770MHz'dir. (Günümüz kişisel bilgisayarlarının çalışma frekansı 16MHz'dir.) 'Josephson Bağlantısı' YBCO'nun ince filmlerinden yapılarak başarılı bir şekilde milimetrik .dalgalar elde edilmiştir. Bu dalganın konvansiyonel yarı iletkenler kullanılarak elde edilmesi zordur. Düşük sıcaklık kaynakları milimetrik dalgalar yaydığı için YBCO ince fılm alıcıları bu dalgaları sınıflandırabilir ve normal organ sıcaklıklarından daha düşük sıcaklıkta olan kanserli organların üç boyutlu olarak yerini belirleyebilir. Çok yüksek trekanslar, üstüniletkenler sayesinde gelecekte haberleşmede kullanılabilecektir. azot sıcaklığında ve gerçekleştirilmesi halinde oda sıcaklığındaki üstüniletken ince film ve tel malzemelerin Japonya pazarındaki payını konu alıyordu. Kısa bir süre önce yayımlanan bu raporda sıvı azot sıcaklığındaki üstüniletken malzemeler için yıllık pazar payı 12 milyar $, oda sıcaklığına çıkılması halinde ise yıllık pazar payının 84 milyar $'a çıkacağı tahmin ediliyordu. Sıvı azot sıcaklığı için bu verilerin üretildiği uygulama alanlan aşağıdaki şekilde sıralanıyordu Raylı araçlar (4 milyar $), magnetik enerji dcpolan (2.2 milyar $), küçük sychnotron radyasyon cihazlan (509 milyon $), mikroelektronik devreler (500 milyor $). DSltMtLETKtM MOTOH Otomobil endüstrisi, oda sıcaklığı üstüniletkeninin geliştirilmesi ile bir devrim yaşayacaktır. Üstüniletken motor ile donatılacak bu araçlar, gerekli olan elektrik enerjisini üstüniletken enerji depolarından sağlayacaktır. kalın bağlanü İnce bağlanü akım kaynağı akım kaynağı ampermetre (a) (b) Josaphson Etkisi: İki molzeme arasındaki bağlantı kalın ise (a) herhangi bir sıcaklıkta voltaj uygulandığında devreden akım geçmez. Eğer bağlantı inceltilirse, oda sıcaklığında tünellejme akımı gözlenebilir. Ustünilektenlik geçiş sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda herhangi bir voltaj farkı oluşmadan devreden akım geçişi gözlenir. Yalıtkan bağlantı direnc göstermeyerek üstüniletken gibi davranır. Eğer devreden geçen akım, belirli bir kritik akım değerinin üzerine çıkarılırsa, yalıtkan bağlantı direnç göstererek tünelleşmeyi engelleyecektir. ampermetre Oda sıcaklığında üstüniletken malzemelerin geliştinlmesi ile daha büyük uygulama alanları ortaya çıkacaktır ki elektrikli .otomobiller tüm üstüniletken malzemelerin içindeki %60'lık pazar payı ile 48 milyar $'a ulaşacaktır. 1987'ye 1988 yıllarında üstüniletJosephson Bağlantısı Anahtarı, kenlik arajtırnıaları için Japonya 258 magnetik alanın uygulanması ile milyon $, ABD'i, ise 256 milyon $ üstüniletken durumdan normal ilet harcadı. Japonya'da 1000 bilim adaken duruma geçerek direnç gösterir .nu, ABD'nde ise 600'ün biraz üzerinde bilim adamı bu konuda araştırmalarına devam ediyor. Şu an ABD dünJosephson cihazlarının en çok biyada konuda en iyi araştırma perforlineni SQUID olarak isimlendırimansı gösterep grup olarak yerini kolen, üstüniletken kuantum giriruyor. Bunun yanı sıra Almanya, İnşim cihazlarıdır. Bir SQUID, bagiltere, Sovyetler Birliği, Avustralya, sitçe halka şeklinde bağlanmış iki Çin, Tayvan ve Hindistan'daki araşJosephson bağlantısıdır. Bu halkatırma gruplarından zaman zaman dan geçen akım, halka içindeki magönemli düzeyde araştırmalann yapılnetik alana son derece duyarlıdır. dığı gözleniyor. ABD ve Japonya'da Böylece çok hassas akım ve voltaj 1000'in üzerinde üstüniletken konudedektörleri, magnetometreler yalu patent alınmış durumdadır. Araşpılabilir. Oldukça hassas bir SQUtırmalar iki sene önceki heyecan ve ID, 4.2K sıcaklıkta 10" 1 J Gauss. hız ile devam etmektedir. ABD ve Ja2 cm (yeryüzü magnetik alanımn ponya'da üstüniletkenlik üzerine araşyaklaşık on milyarda biri) duyarlıtırma ve geliştirme yapan özel sektör lığa sahiptir. Tip araştırmalarında kuruluşlarının sayısı her gün artıyor. Neden ise milyarlarca dolarlık dün(kalp ve beyin gibi organlar tarafınya pazarı. dan üretilen magnetik alanlar) ve jeofizik (yerçekimi ve cevher magnetizması) gibi düşük değerlerdeki Kaynakça: magnetik alanların ve alan değişim• I. Matisoo. "üstüniletken Bilgisayarlerinin ölçüldüğü alanlarda üstünilar", Scientific American, vol. 242. letken cihazlar, araştırmalara yeni no. 5, sayfa 3853, Mayıs 1980. • T.H. Geballe, J.K. Hulm, "Elektrikboyutlar kazandıracaktır. Üstüniletken ürünlerin dünya pazar payı Japonya'da ekonominin ileri gelenleri ve ülkenin bilim adamları pratik amaçlı üstüniletken ince film ve tel malzemelerin Japon ekonomisine katkısını incelediler. Bu araştırma sıvı eüç Teknolojisinde Üstüniletkenler", Scientific American, vol. 243, no. 5 sayfa 112136, Kasım 1980. • A.M. Wolsky, R.F. Giese, E.J. Daniels, "Yeni Üstüniletkenler...", Scientific American, vol. 260, no. 2, sayfa 4552, Şubat 1989. • T.H. Geballe, J.K. Hulm, "Üstünilektenlik.." Science, sayfa 367375,22 Ocak 1988. Dosya 8 Kasım 1990 1