Galena(Galenit) minerali, aslında küçük bir galena (kurşun sülfür) kristali, bir zamanlar pratikte uygulanan ilk yarı iletken malzeme olarak ucuz ve genellikle ev yapımı alıcıların temel bileşeni olarak radyo dünyasına hükmetti. 1920’lerde ticari radyo yayıncılığının şafağında, basit kristal radyo alıcıları müzik ve komedi programlarının yanı sıra haber ve hava durumu raporlarını milyonlarca Amerikalı ailenin evine taşıdı.
Başlıklar
Doğal Yarı İletkenler
Yarı iletkenler, bakır gibi iletken metaller ile cam gibi iletken olmayan yalıtkanlar arasında elektriksel iletkenlik seviyelerine sahip katı malzemelerdir. Bilim insanları yarı iletkenler üzerinde çalışmaya 1830’larda başlamıştır. 1874 yılında Alman fizikçi Ferdinand Braun, bazı metal-sülfür kristallerinde elektrik direncinin akımın yönüne göre değiştiğini gözlemledi. Braun ayrıca ince bir tel elektrot ile galen kristali arasındaki temas noktasının elektrik akımını değiştirebileceğini ve “nokta temaslı elektriksel düzeltici etki” adını verdiği etkiyi yaratabileceğini öğrendi.
Daha sonra pirit (demir disülfit), bornit ve kalkopirit (her ikisi de bakır demir sülfit), molibdenit (molibden disülfit), çinkit (çinko oksit) ve diğer mineral yarı iletkenleri inceleyen araştırmacılar sonunda galenin en çok arzu edilen yarı iletken özelliklere sahip olduğu sonucuna vardılar.
Galena Minerali: İlk Süperiletken
Galen kristal kafesi, kurşun ve sülfür atomlarının tekrarlayan bir diziliminden oluşur. Sadece kurşun ve sülfürden oluşan saf galen kristalleri sadece zayıf elektrik iletkenleri olarak işlev görür. Ancak galen neredeyse her zaman düzenli kafes bölgelerinde serbest elektron fazlalığı veya eksikliği yaratan bakır ve gümüş gibi metallerin izlerini içerir. Bu bölgeler, elektronların yalnızca bir yönde hareket etmesine izin veren “elektron tuzakları” olarak işlev görür.
Her galen iyi bir yarı iletken değildir. En çok arzu edilen yarı iletken kristaller, belirli seviyelerde metal safsızlıklarına ve yüzey alanlarının elektriksel doğrultucu temas noktaları olarak işlev görmesini sağlayan kristalografik bir yapıya sahiptir.
Radyoda Galen Minerali
1900 yılında Amerikalı mucit Greenleaf Whittier Pickard ilk olarak galen kristallerini basit radyo alıcılarında kullandı. “Kristal setler” olarak adlandırılan bu cihazlar uzun bir tel anten, eş merkezli olarak yerleştirilmiş iki tel bobinden oluşan bir ayar devresi, karbon parçacıklı bir kulaklık ve bezelye büyüklüğünde bir galen kristalinden oluşuyordu.
Galen mineral kristali iki işlevi yerine getiriyordu: önce alternatif akımı doğru akıma dönüştürüyor; sonra da radyo dalgası kaynaklı mikro akımın taşıyıcı dalga bileşeninden ses dalgası bileşenini tespit edip ayırıyordu. Kristal seti operatörleri, nokta temaslı doğrultucu etkisini ve duyulabilir kulaklık sinyalinin yüksekliğini en üst düzeye çıkaran bölgeyi bulmak için “kedi bıyığı” adı verilen esnek, sivri uçlu bir bakır teli galen kristali boyunca hareket ettirdiler.
Kristal Setler
Ticari radyo yayıncılığı başladığında, kaba vakum düzeltici tüpler ve amplifikatörler kullanan pille çalışan ev radyo alıcılarının maliyeti çok yüksekti. Uygun fiyatlı tek alternatif, sadece birkaç dolara kullanıma hazır olarak satın alınabilen veya ucuz bileşenlerden daha da ucuza kolayca inşa edilebilen kristal setti.
Kristal setindeki galen mineral kristali, daha büyük bir kristal kütlesinin küçük, düzensiz bir parçasıydı. Sadece birkaç gram ağırlığında olan yarı iletken bir galen kristali yaklaşık beş sente mal oluyordu ve bilimsel tedarik evlerinde ve hatta birçok hırdavatçıda kolayca bulunabiliyordu. Maliyet, birincil kurşun cevheri olarak toplu halde çıkarılan galenin kendisinden değil, elektriksel bir yarı iletken olarak işlev görebileceğinden emin olmak için her kristali test etme masrafından kaynaklanıyordu.
1920’lerin sonlarına gelindiğinde, açık ara en popüler radyo alıcısı türü olan tahmini 40 milyon kristal set dünya çapında kullanılıyordu. Ancak, pille çalışan, güçlendirilmiş radyo alıcılarının maliyetini keskin bir şekilde düşüren gelişmiş, seri üretim vakum düzeltici tüplerin ortaya çıkmasıyla en parlak dönemleri kısa sürdü.
Kristal setler 1930’da teknik olarak modası geçmiş olsa da, özellikle hala ulusal elektrifikasyonu bekleyen kırsal bölgelerde popüler olmaya devam etti. Kristal setler İkinci Dünya Savaşı sırasında birçok donanma ve ticaret gemisinde acil durum telsiz alıcıları olarak bile görev yaptı.
Galena’nın Radyo Mirası
1950’ler hobiciler arasında ve bir eğitim aracı olarak kristal setlere olan ilginin yeniden canlanmasını sağladı. Kristal radyo setleri bugün hem kendin yap kitleri hem de çalışmaya hazır alıcılar olarak mevcut olmaya devam etmektedir. Ancak artık “kristal”, galenden çok daha etkili bir yarı iletken olan sentetik germanyum diyottur.
Günümüz radyoları diyotlar, dijital tunerler, dipol antenler, entegre devreler ve kablosuz konektörler kullanan çok daha gelişmiş ve çok daha karmaşık cihazlardır. Ancak ticari radyo yayıncılığının, her biri küçük bir galen kristali etrafında inşa edilen milyonlarca ucuz kristal set alıcısıyla başladığını hatırlamak ilginçtir.
