Техника - молодёжи 1967-09, страница 6

ная энергия. Следовательно, сверхпроводящее состояние должно быть очень устойчивым при низких температурах, когда теплового возбуждения недостаточно для разрушения пар. При повышении температуры с некоторого момента начинается их распад: сверхпроводимость исчезает.

Несмотря на феноменальный технологический потенциал, который могли бы иметь машины, использующие сверхпроводники, строить их нет никакого смысла. Критическая температура (та, ниже которой в материалах наблюдается явление сверхпроводимости) близка к абсолютному нулю: у ртути — всего 4° К (минус 269 по Цельсию), у сплава ниобия с оловом — 18° К (минус 255°).

Дорогое, сложное и громоздкое оборудование для получения низких температур — непреодолимое препятствие на пути из лабораторий в жизнь. Но в лабораториях сверхпроводимость творит настоящие чудеса. Упомяну для примера о сверхмощных электромагнитах, в которых плотность тока достигает фантастической цифры — 100 ООО ампер на квадратный сантиметр, а напряженность магнитного поля — 70 кило-гаусс!

Если на первых порах казалось, что удастся получить сверхпроводники с высокой критической температурой, то теперь почти нет надежд найти сплав с температурой перехода выше 20° К — 250 градусов ниже нуля! Согласитесь, в таких условиях и вправду нет особого смысла использовать сверхпроводимость в технике и в промышленности.

Да, выводы теории и экспериментов могут быть истолкованы лишь однозначно: нельзя рассчитывать на получение сверхпроводимости в металлах и их сплавах при приемлемых для практики температурах. Строить иллюзии на этот счет не стоит.

Казалось бы, положение безнадежно. Но несколько лет назад родилась дерзкая идея: попробовать перевести в сверхпроводящее состояние некоторые органические молекулы!

Это звучит парадоксально, но, оказывается, могут существовать органические вещества, свойства которых аналогичны основным свойствам сверхпроводящих металлов, И самое главное, эти свойства могут сохраняться и при нормальных температурах.

Такая органическая молекула должна иметь какую-то среду, в которой могли бы двигаться электроны. Этого мало, необходимо еще и нечто аналогичное ионной решетке — основе для образования «лунок». Подобную структуру вполне можно вообразить.

Американский физик Литтл предлагает любопытную схему для сверхпроводящей органической молекулы. Представьте длинную цепочку атомов углерода (своего рода «позвоночник»), от которого в стороны отходят боковые молекулы — «ребра». Если в углеродной цепочке чередуются одинарные и двойные связи, то она ведет себя как металл: электроны могут свободно двигаться от одного конца «позвоночника» к другому. Чтобы возникла сверхпроводимость, «ребра» должны обладать способностью легко поляризоваться: молекулы, образующие их, должны иметь подвижные электроны, которые под действием электрического поля могут смещаться к одному концу «ребра».

Предположим, и «позвоночник» и «ребра» удовлетворяют этим требованиям. При движении электрона вдоль цепочки атомов углерода произойдет очень интересное явление. Создаваемое электроном электрическое поле поляризует боковые молекулы. На их конце, обращенном к «позвоночнику», возникает положительный заряд. Вследствие большой скорости электрона область положительно заряженных концов «ребер» будет несколько отставать от него и двигаться вслед за электроном на некотором расстоянии. Эта область совершенно аналогична «сморщенно-сти» ионной решетки в металле и тоже образует «лунку», куда может «свалиться» какой-нибудь другой электрон. Перед нами старые знакомые — пара движущихся электронов.

Только теперь их содружество гораздо теснее. И теоретически и экспериментально доказано: температура перехода в состояние сверхпроводимости обратно пропорциональна квадратному корню из массы положительного иона. Чем он легче, тем выше температура перехода. А поскольку в молекуле Лит-тла положительный заряд создается благодаря удалению от «позвоночника» чрезвычайно легкого электрона, сверхпроводимость должна существовать при весьма высоких температурах. Расчеты по БКШ-теории дают потрясающие результаты: в такой органической молекуле сверхпроводимость должна сохраняться вплоть до температуры 2000° К (свыше 1700° по Цельсию)!

Если расчеты подтвердятся на практике, можно будет не только отказаться от холодильных установок, но и использовать сверхпроводимость даже при повышенных температурах!

Не удивительно, что идеи Литтла вызвали огромный интерес ученых. И между прочим, не только физиков.

Т ятьсот с небольшим лет назад в жестоком бою под Шзтильо-ном был смертельно ранен знаменитый полководец времен Столетней войны Джон Тальбот. Да будет ему земля пухом, скажете вы. Пятьсот лет — срок большой, и, конечно же, имя боевого военачальника могло быть забыто, но... начиная с 1917 года оно часто встречается в научных трудах. Нет, не по истории военного искусства. В трудах по биологии.

Дело в том, что, по словам потомков Джона Тальбота, их предок страдал довольно редкой болезнью, так называемой симфалангией —• сращением суставов пальцев. И вот уже много веков в некоторых родах, ведущих свое начало от знаменитого полководца, из поколения в поколение передается эта болезнь.

Ученых заинтересовало семейное предание, и при ремонте гробницы Тальбота они тщательно исследовали его останки. И действительно, руки Джона Тальбота были изуродованы болезнью. Той самой симфалангией, которая вот уже 14 поколений является фамильным несчастьем его потомков.

Генетические болезни, столетиями передающиеся от родителей к детям, служат одним из интереснейших доказательств удивительной устойчивости наследственной информации. В микроскопической клетке —■ зиготе, образующейся при оплодотворении, «записано» фантастически огромное количество сведений о будущем организме.

«Записано» настолько прочно, что изменить что-нибудь бессильно даже время.

Нет сомнений в материальности носителей генетической информации. Объяснение же ее устойчивости следует искать в каких-то чрезвычайно консервативных явлениях. Именно это и навело Литтла на мысль о реальности сверхпроводимости при высоких температурах. Вот что он писал: «Я был поражен чрезвычайной устойчивостью сверхпроводящего состояния; мне пришло в голову, что если природа хочет сберечь запасенную информацию, например в генетическом коде живого объекта, от разрушающего действия тепла или других внешних воздействий, то принципы, лежащие в основе явления сверхпроводимости, оказываются вполне подходящими для этой цели».

Сама же идея сверхпроводящей молекулы с «позвоночником» и «ребрами» была подсказана Литтлу строением основного хранителя генетической информации — молекулы дезоксирибону-клеиновой кислоты (ДНК): атомы углерода «позвоночника» замещаются са-харо-фосфатной последовательностью, а для боковых цепей вполне могли бы подойти молекулы типа красителя диэтилцианинйодида.

Движения электронов в гипотетической молекуле Литтла подчиняются строгим законам. Поэтому отдельные части такой молекулы связаны между собой чрезвычайно чувствительным образом. Ничтожные изменения, происходящие на одном ее участке, должны резко сказаться на всех остальных элементах, как бы далеко они ни отстояли от места возмущения. Молекула долж-^на1 другими словами, легко передавать «ощущения» из одного места пространства в другое. Для того чтобы возникло явление сверхпроводимости, молекула обязана иметь, кроме всего прочего, своеобразную пространственную форму.

Fi* работам Литтла сначала отнеслись критически. Прежде всего ставилась под сомнение сама возможность возникновения сверхпроводящего состояния в линейных молекулах, а не в объемной кристаллической решетке. Советские ученые Ю. Бычков, Л. Горькое и И. Дзялошинский доказали, что в принципе она возможна.

По мнению некоторых физиков, Литтл недостаточно строго обосновал поляризационные явления, играющие в его схеме первостепенную роль.

Как бы то ни было, пока еще никому не удалось получить сверхпроводящих органических молекул хотя бы с низкой температурой перехода. Никому! Дело за экспериментаторами. На поиске заветных молекул, на разработке путей и способов их получения сосредоточены сейчас усилия многих ученых. Они обычно скупы на прогнозы. И все же крупнейший советский физик А. А. Абрикосов недавно писал:

«Я думаю, что сверхпроводимость еще не сказала своего последнего слова, Предстоит еще много исследований, возможно, открытий. Я думаю также, что существующие сверхпроводящие магниты, криотроны и другие устройства являются только самыми первыми и, может быть, даже не самыми важными практическими применениями этого замечательного явления».

4