Süperiletkenlik
Süperiletkenlerin Genel Özellikleri > Süperiletkenliğe Geçiş

Süperiletken maddelerde karakteristik özellikler maddenin sıcaklığının kritik sıcaklığın altına inmesiyle görülmeye başlar. Bu kritik sıcaklığın değeri maddeden maddeye değişir. Bilinen süperiletkenlerin kritik sıcaklıkları genelde 20 Kelvin ile 1 Kelvin arasında değişir. Örneğin katı cıvanın kritik sıcaklığı 4,2 Kelvin'dir. 2009'daki bir ölçüme göre, bilinen bir süperiletken için en yüksek kritik sıcaklık, 39 Kelvin ile magnezyum diborit'e aittir ancak bu maddenin bazı egzotik özellikleri onun bilinen bir süperiletken olarak sınıflandırılması konusunda şüphe uyandırmaktadır. Cuprate süperiletkenlerin kritik sıcaklıkları çok daha yüksektir, örneğin YBa2Cu3O7 ‘nin kritik sıcaklığı 92 Kelvin'dir; cıva bazlı cuprate maddelerin kritik sıcaklığı da 130 Kelvin'i geçebilir. Bu yüksek kritik sıcaklıklar için henüz bir açıklama yoktur. Foton alışverişiyle meydana gelen elektron eşleşmeleri bilinen süperiletkenlerdeki süperiletkenliği açıklayabilmektedir ancak yeni keşfedilen ve yüksek kritik sıcaklığı olan süperiletkenlikleri açıklayamamaktadır.
Benzer olarak, kritik sıcaklığın altında sabit bir sıcaklıkta dışarıdan uygulanan ve kritik manyetik alandan daha güçlü olan bir manyetik alanda süperiletkenler, süperiletkenliği bırakmaktadır. Bunun sebebi süperiletkenlik halinin Gibbs serbest enerjisinin, manyetik alanla birlikte ikinci dereceden artması iken normal halin serbest enerjisinin manyetik alandan zar zor bağımsız olmasıdır. Eğer bir madde, manyetik bir alan olmadan süperiletkenlik gösterirse süperiletkenlik halinin serbest enerjisi, normal halin serbest enerjisinden daha az demektir. Manyetik alan için sonlu bir değerde (bu değer sıfır manyetik alanda serbest enerjilerin farkının kareköküne orantılı olmalıdır) iki serbest enerji birbirine eşit olacaktır ve normal hale geçiş gözlenecektir. Genel olarak, daha yüksek bir sıcaklık ve daha güçlü bir manyetik alan, süperiletkenlikte bulunan elektronların daha az olması ve harici manyetik alan ile akımların London nüfuz derinliğinin daha fazla olmasına sebep olacaktır. Nüfuz derinliği hal değişiminde mutlak hale gelir.
Süperiletkenliğin başlangıcı, çeşitli fiziksel özelliklerde ani değişimlerle birlikte gelir ki bu, hal değişiminin karakteristik bir özelliğidir. Örneğin elektronik ısı kapasitesi, normal (süperiletken olmayan) bir sistemdeki sıcaklıkla orantılıdır. Süperiletkenliğe geçişte kesikli bir sıçrama gösterir ve sonrasında doğrusal olmayı bırakır. Düşük sıcaklıklarda e−α/T  şeklinde ifade edilir (α, bir sabit). Bu üstel davranış, enerji boşluğunun varlığına kanıttır.
Süperiletkenliğe geçişin hal değişimleri arasındaki türü uzun süren bir tartışma konusuydu. Deneyler, hal değişiminin ikinci tür (gizli ısı olmayan) olduğunu gösterdi. Ancak bir manyetik alanın varlığında gizli ısı vardır çünkü süperiletkenlik hali, kritik sıcaklığın altında normal halden daha düşük bir entropiye sahiptir. Deneylerle gösterilmiştir ki bunun sonucunda, manyetik alanın gücü kritik alandan büyük olduğunda gerçekleşen hal değişimi süperiletken maddenin sıcaklığında düşüşe sebep olur.
1970'li yıllarda yapılan ölçümler süperiletkenliğe geçişin, elektromanyetik alanda sebep olduğu uzun menzilli dalgalanmalar yüzünden eser miktarda birinci tür bir hal değişimi olabileceğini gösteriyordu. 1980'lerde, süperiletkenin vorteks çizgilerinin büyük rol oynadığı Bozukluk Alanı Teorisi'nin yardımıyla 2. Tip süperiletkenliğe ikinci tür hal değişimi, 1. Tip süperiletkenliğe ise birinci tür hal değişiminin (gizli ısının var olduğu değişimler) sebep olduğu ve bu iki durumun bir trikritik nokta (bir maddenin üç halinin bir arada bulunması) ile birbirinden ayrıldığı teorize edildi. Bu sonuçlar Monte Carlo bilgisayar simülasyonlarıyla da desteklendi.