TarihtenEski

Süperiletkenliğin “elektronik” uygulamalarını iki alt-başlık altında inceleyebiliriz: Birincisi ince HTS film tabakalarının yüksek-frekanstaki aşırı-düşük kaybından istifadeyle geliştirilen pasif yüksek-frekans ve mikrodalga araçlarıdır. İkincisi ise Josephson etkisi teknolojisine dayalı “Süperiletken Kuantum Girişim Araçları” (Superconductive Quantum Interference Devices, SQUIDs) tarzı analog cihazlar ve dijital entegre devrelerdir. 1962 yılında Brian D. Josephson isimli bir üniversite öğrencisi, kendisinden iki yıl önce Ivar Giaever isimli bir bilimadamının keşfettiği bulgulardan da yararlanarak, iki süperiletken materyalin arasında yalıtkan bir madde olsa dahi elektrik akımının geçeceğini öngördü. Daha sonra Josephson etkisi olarak literatüre geçen bu ilginç olguya göre ince bir süperiletken tabakada bulunan elektronlar çok dar (<20 angstrom) yalıtkan bir ortamdan harici bir gerilim olmasa dahi diğer süperilekten bir tabakaya tünellenirler ki bu buluş Josephson’ın kendisine 1973 yılında Nobel ödülü kazandırırken Josephson kavşakları (Josephson Junctions, JJ) adıyla bilinen teknolojinin de doğmasına yol açtı. Günümüzde JJ’ler duyumsama ve anahtarlama (sensing and switching) aracı olarak analog ve dijital elektronik devrelerde aktif olarak kullanılmaktadırlar.

Tek kavşaklı (single junction) sensör cihazlara örnek olarak radyo-astronomide kullanılan mikrodalga frekans karıştırıcıları, X-ışını dedektörlerini ve ileri-düzey kızılötesi sensörleri verebilliriz. En zayıf manyetik alanları bile hissedebilen SQUID’ler, günümüzde materyal karakterizasyonunda, jeofiziksel araştırmalarda, Magneto-cardiography (MCG) ve Magnetoencephalography (MEG) alanlarında beyin ve kalp fonksiyonlarının çözümlenmesinde aktif olarak kullanılmaktadırlar.

Manyetik akıyı süperakıma çevirme yoluyla en küçük manyetik alanları bile duyumsayabilen SQUID cihazları, eğer bir direnç serisiyle bobin şeklinde bağlanırsa çok hassas gerilimleri bile ölçebilen bir voltmetre işlevi görecektir. SQUID araçlarının günümüzde en çok kullanıldığı alan, akım taşıyan nöronların (sinir hücrelerinin) ürettiği manyetik dalgaların ölçümünü içeren insan beyin fonksiyonlarıdır. Ticari olarak, iç yüzeyinde sıralı 306 sensör vasıtasıyla nöron sinyallerini duyumsayan helmet şeklinde başlıklar mevcuttur. Nöron sinyalleri ikiye ayrılırlar: Harici bir etken vasıtasıyla tahrik edilebilen sinyallerin işlenmesi, örneğin bir tümör alanının haritalanmasında kullanılır. Beyin içindeki içsel süreçlerin yansıması olarak kendiliğinden de ortaya çıkan sinyallerin işlenmesi ise yine örneğin epileptik bölgelerin tespitinde, Alzheimer ve Parkinson gibi hastalıkların araştırılmasında kullanılmaktadır. Kısacası SQUID cihazlarının MRI ile birlikte kullanımı beyin fonksiyonlarını anlamamızda çığır açacaktır.

Sayısal sinyal işleme maksatlı entegre devrelerde JJ’ler aktif anahtarlama elemanı olarak kullanılabilmektedirler. İnanılmaz anahtarlama hızına sahip, aşırı düşük anahtarlama kayıplı ve mükemmel sinyal iletim yetenekli binlerce/milyonlarca JJ anahtarından oluşan bu tür entegre devreler günümüz mikroişlemcilerinde kullanılan yarı-iletken transistörlerin yerini almaya adaydırlar. Günümüzde petaflop (saniyede bir katrilyon işlem hızlı) bilgisayar teknolojisi üzerinde araştırma yapan NASA, DARPA gibi birçok kuruluş ve üniversite JJ anahtarlama mekanizmasıyla çalışan süperbilgisayarlar üzerinde çalışmalarına devam etmektedirler. Hali hazırda dünya üzerindeki en hızlı bilgisayarlar, sıvı azot ile soğutumu sağlanan, 52.4 teraflop kapasitesiyle çok işlemcili Cray X1 süper-bilgisayarlarıdır.