Техника - молодёжи 1958-04, страница 11

★ СВЕРХПРОВОДНИКИ УЖЕ НЕ ПРИВИЛЕГИЯ ПРИРОДЫ. ИХ МОЖНО СОЗДАВАТЬ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ. * НАУКА ДАЕТ БОЙ ПРИРОДЕ В ОБЛАСТИ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ. ★ КОСМИЧЕСКИЙ ХОЛОД В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЕ НЕДАЛЕКОГО БУДУЩЕГО

стицы сверхтекучей жидкости сильно взаимодействуют друг с другом. Особенно сильно это взаимодействие оказывается для частиц с противоположно направленными скоростями. Именно правильный учет этого взаимодействия и составлял основную трудность при создании теории сверхтекучести. Аналогичную трудность таила в себе и теория сверхпроводимости. Разрешение ее почти такими же математическими методами, которые были развиты для теории сверхтекучести, привело к решающим результатам.

Таким образом, установлена глубокая аналогия явления сверхпроводимости с явлением сверхтекучести и доказано, что сверхпроводимость есть не что иное, как сверхтекучесть электронов в металле.

Установление этой аналогии очень существенно. До сих пор в физике существовало общее мнение, что вряд ли возможно глубокое сходство в поведении системы, состоящей из атомов гелия, и системы, образованной из электронов. Дело в том, что статистические свойства этих частиц, которые и определяют поведение составленных из них систем, весьма различны. Следует ска

зать, что ядра гелия подчиняются статистике, которая носит имя индийского ученого Бозе, а электроны подчиняются статистике, носящей имя итальянского физика Ферми.

Общую картину поведения электронов в сверхпроводящем состоянии можно представить себе следующим образом. Свободные электроны металла образуют в этом состоянии связанный «коллектив», по своим свойствам подобный тому, который в теории сверхтекучести называется конденсатом. Для того чтобы вырвать электрон из этого «коллектива», необходимо приложить работу порядка тепловой энергии, соответствующей температуре перехода от сверхпроводящего к нормальному состоянию. Благодаря такой связанности движение «коллектива» в целом является устойчивым. При дополнительной стабилизации действием магнитного поля это движение, то есть электрический ток, в металле не встречает сопротивления.

Заметим, чтс электростатическое отталкивание электронов противодействует образованию такого «конденсата». Однако это отталкивание, как мы теперь знаем, действует значительно слабее,

чем предполагалось в теории Бардина, Купера и Шриффера. Кроме того, наш метод позволил рассчитать колебания «коллектива» электронов и установить существование особого вида возбуждений — электронных волн, энергия которых обратно пропорциональна длине волны и прямо пропорциональна максимальной скорости электронов.

Было бы неправильно думать, что с созданием теории сверхпроводимости ослабнет интерес ученых к этой проблеме. Наоборот, сейчас, когда только что стал понятен основной механизм этого явления, сразу же возникают практически важные новые задачи. Необходимо, например, уметь определять зависимость температуры перехода от структуры металла. Действительно, чрезвычайная малость температуры весьма препятствует практическому использованию сверхпроводников.

Поэтому решение проблемы эффективного повышения этой температуры представляет хотя и трудную, но благодарную задачу для исследователей.

Я надеюсь, что новый метод получит широкое применение и в других областях статистической физики, в первую очередь в теории металлов.

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Б. Т. МАТТИАС

Зто случилось почти 50 лет тому назад. Голландский ученый Хейке Камерлинг Оннес, пионер исследований в области поведения веществ при очень низких температурах, пропустив электрический ток через замороженную ртуть, сделал потрясающее открытие. При температуре всего на несколько градусов выше абсолютного нуля (градусов Кельвина—°К) сопротивление ртути прохождению через нее электрического тока полностью исчезло! Физики и сегодня все еще ищут объяснения этому странному явлению — так называемой сверхпроводимости.

Однако, не зная еще сути данного явления, мы все же начинаем познавать его и даже использовать в разных целях. В этой статье приводятся результаты недавних исследований, позволяющие рассчитывать на возможность создания сверхпроводников, которые могли бы применяться для электрических устройств, работающих при сверхнизких температурах.

Рассмотрим сначала нормальные условия прохождения электрического тока в металлическом проводнике. Мы знаем, что электрический ток — это движение электронов через кристаллическую решетку металла под действием приложенного к нему электрического напряжения. В своем движении электроны неизбежно сталкиваются с атомами решетки. Противодействие последних движению электронов и составляет электрическое сопротивление проводника. По мере увеличения температуры сопротивление нарастает ввиду того, что атомы решетки в своих колебательных движениях перекрывают все большее и большее пространство вокруг своего исходного положения и этим еще сильнее мешают движению электронов. Отсюда вполне резонно было предположить, что если бы колебатель

ное движение атомов решетки путем доведения температуры металла до абсолютного нуля было полностью устранено, то его сопротивление движению электронов упало бы до не-обнаруживаемого уровня. Однако Камерлинг Оннес нашел, что это сопротивление исчезает, и притом резким скачком, уже при температурах на несколько градусов выше абсолютного нуля. Ртуть становится сверхпроводимой при 4,2°К (—269,1°С), некоторые другие металлы при температурах этого же порядка, доходящих до 1°К — самых низких, какие Камерлинг Оннес мог получить.

Позднее ^немецкий физик В. Мейсснер открыл другое интересное свойство металлов в сверхпроводимом состоянии: они становились непроницаемыми для магнитного поля, то есть когда их помещали между полюсами магнитов, они полностью вытесняли силовые линии магнитного поля из занимаемого ими пространства, заставляя их огибать охлажденное вещество.

Примерно 20 лет тому назад немецкий физик Фриц Лондон, работавший тогда в Анг-

В обычных условиях силовые линии магнитного поля концентрируются ферромагнитным веществом (верхний рису-н о к). Вещество в состоянии сверхпроводимости вытесняет магнитное поле (нижний рисунок).