Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
Шрифт:
На разрыв куперовских пар требуется затратить некоторую энергию. В результате
этого энергия сверхпроводящих электронов на некоторое значение меньше энергии
нормальных электронов. Эту разницу называют энергетической щелью. Это так
называемый фотонный механизм образования куперовских пар. Расчеты показывают,
что такой механизм может обеспечить сверхпроводимость при температурах, ни в
коем случае не превышающих 50 К. Конечно, даже эта температура не
для работы, но ее достичь пока не удалось. Рекорд перехода в сверхпроводящее
состояние у сплава ниобия с германием (24 К) продержался почти 10 лет.
А не может ли существовать иных механизмов, приводящих к образованию электронных
пар? В 1964 г. американец В.Литтл предположил существование механизма, при
котором электроны могли бы взаимодействовать, индуцируя электрический заряд на
длинных органических молекулах, В то же время академик В.А.Гинзбург теоретически
открыл еще один так называемый экситонный механизм образования куперовских пар.
Эти теории предсказывали, что сверхпроводимость может существовать даже при
комнатных температурах, т. е. при 300 К.
Физики-экспериментаторы не покидали лабораторий, лихорадочно исследуя
"подозрительные" материалы — органические полимеры и слоистые структуры металл —
проводник. Им сопутствовала удача — были открыты новые сверхпроводники, но…
температура их перехода оказалась небольшой. Гораздо ниже уже достигнутых 24 К.
Полна драматизма история научных открытий! Увлекшись органическими полимерами и
слоистыми структурами, ученые-экспериментаторы оказались недостаточно
внимательными к другим веществам, в частности к керамикам. В 1979 г.
исследователи Института общей и неорганической химии АН СССР имени Н.С.Курнакова
И.С.Матьггин, Б.Г.Кохан и В.Б.Лазарев получили новую лантан-стронциевую и
лантан-бариевую керамику. Керамика оказалась примечательной — она проводила ток,
как обычный металл. Электросопротивление керамики, как и полагалось, снижалось с
понижением температуры. Исследователи довели испытание до температуры жидкого
азота (77 К) и остановились… Они никак не ожидали того, что эта керамика…
если понизить ее температуру еще до 40 градусов… превратилась бы в
удивительный высокотемпературный сверхпроводник, который так давно искали! Но не
там…
И вот, в апреле 1986 г. ученые Цюрихского филиала фирмы ИБМ в Швейцарии Дж.
Беднорц и А.Мюллер, исследуя по существу ту же керамику, что и наши химики, но
при, более низких температурах, обнаружили в ней сверхпроводимость при 30 К! Так
был побит рекорд, продержавшийся почти 10
Однако и это важнейшее достижение не было замечено — в январском 1987 г. номере
журнала "Физике тудей", где зарегистрированы все крупнейшие достижения физики
1986 г., об этом открытии не сказано ни слова!
Настоящий бум начался в начале 1987 г. Из лабораторий США, КНР, СССР с
лихорадочной скоростью стали поступать новые и новые сверхсенсационные
сообщения. Температура сверхпроводящего перехода росла буквально на глазах!
35… 40… 92 К. Это уже выше температуры кипения жидкого азота. Рекордная
температура достигнута одновременно учеными СССР и США. Заведующий лабораторией
сверхпроводимости Физического института АН СССР имени П.Н.Лебедева
А.И.Головашкин 11 марта 1987 г. на общемосковском семинаре физиков, проводящимся
в ФИАНе под руководством В.Л.Гинзбурга, сообщил, что ему и его сотрудникам на
одном из образцов керамики удалось получить температуру сверхпроводящего
перехода 102 К. Перейден рубеж, еще полгода назад казавшийся немыслимым! Впервые
обнаружен нефотонный механизм образования куперовских пар, предсказанный
четверть века назад. Ученые штурмуют "комнатные температуры" — около 0 °C.
Может быть, когда эта книга выйдет в свет, "комнатные" сверхпроводники станут
реальностью!
Чистые сверхпроводники (за исключением ниобия) относят к сверхпроводникам 1-го
рода (группы). Большинство сверхпроводников, а их уже открыто более тысячи,
относят к сверхпроводникам 2-го рода. Термин "сверхпроводники 2-го рода" введен
в 1952 г. советским ученым А.А.Абрикосовым, развившим теорию сверхпроводимости
Гинзбурга — Ландау. Термин оказался необходим для определения сверхпроводников с
отрицательной поверхностной энергией, в отличие от сверхпроводников 1-го рода, у
которых поверхностная энергия на границе сверхпроводящей и нормальной фаз
положительна. Отрицательная поверхностная энергия может иметь место, если так
называемый параметр Гинзбурга — Ландау больше 1/√2.
В 1961 г., встретившись со студентами, прославленный академик Л.Д.Ландау
рассказал о себе. Родился он в Баку. В школе учился посредственно, зато любил
математику, в 12 лет научился дифференцировать, в 13 — интегрировать.
В Бакинском университете он учился одновременно на двух факультетах физики и
химии, но, когда в 1924 г. перевелся в Ленинград, отдал предпочтение физике.
Заниматься наукой и печататься в специальных журналах начал еще студентом, после