Техника - молодёжи 1958-04, страница 9
РАСКРЫТА ЕЩЕ ОДНА ЗАГАДКА ПРИРОДЫ I I ' ТЕОРИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ Н. БОГОЛЮБОВ, академик Около пятидесяти лет тому назад голландский ученый Камерлинг Оннес открыл удивительное явление, для объяснения которого с тех пор были предприняты многочисленные исследования. Обнаруженное им явление — сверхпроводимость — состоит в том, что некоторые металлические проводники, будучи охлажденными до очень низких температур, перестают оказывать какое-гибо сопротивление проходящему через них электрическому току. Они переходят, как говорят физики, в сверхпроводящее состояние. Позднее, благодаря работем немецкого исследователя Мейсснера, удалось выяснить весьма любопытные магнитные свойства сверхпроводников. Определенные успехи в объяснении этого явления были достигнуты зарубежными учеными — Ф. и Г. Лондон. Они свели огромное многообразие явления сверхпроводимости к нескольким аксиомам. Однако и посте этого проблема оставалась нерешеннсй. Что же это за проблема и почему так важно было ее решить? Рис. Б. БОССАРТА Прежде чем ответить на этот вопрос, целесообразно вспомнить о механизме обычной проводимости металлов. Как хорошо известно, в металлическом проводнике атомы расположены не беспорядочно, а правильными рядами. Они образуют, как говорят физики, кристаллическую решетку металла. Текущий через проводник электрический ток представляет собой поток электронов. Проходя через кристаллическую решетку металла, электроны сталкиваются с атомами этой решетки и тем самым вызывают их колебания, то есть звуковые колебания. Таким образом, энергия электронов, грубо говоря, тратится на возбуждение колебаний решетки. Поток электронов испытывает определенное сопротивление. Согласно современным представлениям, кристаллическая решетка металла может получать энергию от электронов только определенными порциями—квантами звука (фононами). Существенный вклад в объяснение явления сверхпроводимости был сделан в 1950 году английским ученым Г. Фре- ЧТО ТАКОЕ ПРОВОДИМОСТЬ И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ? На цветной вкладке и карикатурах наши художники попытались изобразить физические процессы, происходящие в изоляторах, полупроводниках, а также в проводниках (в нормальном состоянии и при сверхпроводимости). В идеальном изоляторе, например в алмазе, атомы вещества расположены в кристаллической решетке таким образом, что каждый атом углерода прочно связан с четырьмя соседними атомами углерода. Свободные электроны в таком кристалле отсутствуют полностью или имеются в столь незначительном количестве (за счет посторонних примесей), что электрический ток практически через него не проходит. Электрическую проводимость в изоляторе можно создать, только нагрееая его до очень высокой температуры. Атомы полупроводников, например германия или кремния, связаны со своими соседями менее прочно. Эти связи по мере повышения температуры ослабевают за счет увеличения колебаний атомов кристаллической решетки этих веществ. Колеблющиеся атомы германия или кремния с увеличением температуры начинают терять все больше и больше своих электронов, как бы стряхивая их с себя. Потеряв свой электрон, атом германия или кремния старается захватить электрон, потерянный таким же путем одним из его соседей. Тот, в свою очередь, стремится приобрести электрон. оторванный от более далеких атомов, и т. д. Такие перескакивающие, как в эстафетном беге, от атома и атому свободные электроны при приложении к кристаллу внешнего электрического напряжения и образуют очень слабый электрический ток, увеличивающийся с температурой. При нормальной температуре в проводниках всегда присутствует огромное количество свободных электронов, поэтому достаточно приложить небольшое внешнее электрическое напряжение, чтобы через проводники стал про; текать значительный ток. При очень глубоком охлаждении проводника колебания атомов кристаллической решетки, препятствующие движению потока электронов, уменьшаются. В результата электроны не встречают препятствий. Вещество становится сверхпроводником. вещество, поле, ПРОСТРАНСТВО время... |
