Техника - молодёжи 1992-01-02, страница 9

рии фирмы IBM в швейцарском городе Рушликоне К.Мюллер и И.Беднорц.

Они первыми создали керамический материал, сохраняющий СП-свой-ства при температурах порядка минус 243°С. Впоследствии проводник-«потеплел» до минус 148°С. Их первая статья вышла в декабре 1986 года, а уже в октябре 1987 года им присудили Нобелевскую премию.

Одна из трудностей, с которыми пришлось столкнуться IBM при исследовании тончайших керамик, — их хрупкость. Попробуйте из нежного фарфора чайного блюдца сотворить гибкий и пластичный проводник, чтобы протянуть его от розетки к холодильнику, удаленному на несколько метров! Предыдущие исследования показали, что высокотемпературные керамические сверхпроводники состоят из монокристаллических зерен. Но одно дело знать и догадываться, опираясь на косвенные данные, а совсем другое — увидеть воочию.

Тончайшие сверхпроводящие пленки IBM (их толщина не превышает 130 нм) получают, напыляя СП-материалы из окислов иттрия, бария, меди на кристаллическую подложку на основе окиси стронция и титана. При разглядывании в микроскоп пленки кажутся весьма гладкими...

Каково же было изумление сотрудников рушликонской лаборатории, когда их детище — сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), способный отличить один атом от другого, — показал совершенно иную картину. Оказалось, что на поверхности пленки IBM расположено множество мельчайших спиральных бугорков (на 1 см²до 10¹⁸ штук). Диаметр их оснований не превышает нескольких сот нм. Удалось установить, что чем тоньше пленка, тем меньше число оборотов спирали бугорка. При толщине пленки 150 нм их количество достигало двадцати. Сами террасы микросерпантина имеют высоту 1,2 нм. Сотрудники лаборатории назвали открытые ими образования «спиральными дислокациями», или смещениями, которые приводят к линейным дефектам кристаллической решетки.

Таким образом, СТМ воочию доказал наличие в сверхпроводниках точечных дефектов, о существовании которых физики лишь догадывались на основании косвенных наблюдений. Говоря о спиральных «островах», открытых в Рушликоне, «Ней-чер» писал, что теперь необходимо ждать подтверждения открытия от других исследовательских групп. Кроме того, важно было узнать, есть ли спирали и в иных видах пленки.

Не успел «Нейчер» сказать «а», как американский журнал «Сайенс» тут же произнес «б», опубликовав статью группы исследователей из Лос-Ала-мосской лаборатории, той самой, где делали первую атомную, бомбу, а теперь работают над проектом СОИ. Американцы тоже получали СП-

пленки с помощью магнетрона, напыляющего проводник на кристаллическую основу из окиси магния, стронция и титана. «Имеются строгие доказательства того, что указанные пленки состоят из «островов», которые увеличиваются за счет добавления атомного материала к краям спиральных структур», — писали авторы статьи. «Сайенс» вынес изображения этих спиралей на свою обложку. Наши читатели теперь тоже могут убедиться в справедливости этих слов.

По долинам и по взгорьям

Из-за чего весь сыр-бор? Ну получили СП-пленку, ну увидели на ней спиральные структуры... Имеет ли это отношение к технологии изготовления «теплых» сверхпроводников и приборов на их основе? Имеет, и самое что ни есть прямое.

Дело в том, что применять высокотемпературные сверхпроводники на практике мешает... их идеально гладкая структура. Вспомним о куперов-ских электронных парах, определяющих силу тока в СП-материалах, а также хорошо известный опыт с железными опилками, позволяющими зримо представить расположение невидимых силовых линий магнитного поля. Эти самые линии под воздействием электрического поля, наводимого в сверхпроводнике, генерируют циркулярные антитоки, разбивающие пары и нарушающие сверхпроводимость. Специалисты так и назвали их — вихревые линии тока распаривания. Но свою зловещую роль они играют только в том случае, если не «закреплены» и свободно скользят в кристаллической решетке проводника. В случае же фиксации силовых линий на неровностях (а ими являются обнаруженные спиральные структуры) энергия не рассеивается и сила тока возрастает.

В обычных металлических сверхпроводниках силовые линии фиксируются на любых естественных дислокациях и неровностях. В новых керамических материалах роль зацепки могут сыграть гораздо меньшие дефекты кристаллической структуры — например, незадействованные в молекулярных связях валентные атомы кислорода.

Дальше —больше. Группа исследователей из лаборатории фирмы «Хитачи» под руководством А.Тоно-муры задумала получить визуальные картины расположения силовых линий. С помощью электронно-голо-графической аппаратуры, разработанной японскими учеными, можно воочию увидеть спиральные микронеровности и перемещение силовых линий вдоль них. Новая супертехника «Хитачи» позволяет сделать еще один шаг в практическом освоении «теплых» сверхпроводников.

Новые подвиги Микки-Мауса

Току распада пар можно противодействовать и другим способом: уменьшить сечение проводника, помешав тем самым линиям магнитного поля целиком поместиться в нем. Этим и обусловлена удивительная тонкость пленок IBM. Юркие «мик-ки-маусы» куперовских пар будут проскакивать в норку, а мышеловка распаривания не сможет им помешать. Чем меньше размер проводника, тем крупнее энергетический барьер для вихревых линий, стремящихся войти в этот проводник.

Практика применения сверхпроводимости в электронике показала, как важны для этой бурно развивающейся отрасли туннельные контакты (ТК). ТК используются в компьютерной технике, позволяя замкнуть два проводника, разделенных изолятором. Новый ТК, использующий пленки IBM, создан группой М.Гийса в лаборатории компании «Филипс» в Эйндховене (Нидерланды). В качестве одного из проводников-электродов использован свинец, изолированный от соседнего алюминиевого электрода слоем окиси алюминия. СП-пленка наносится на один из них. ТК работает при температуре 7,2 К. При подъеме температуры до 20 К «энергетические ворота», сквозь которые проходили куперовские пары электронов, закрываются. Сейчас многие лаборатории начали своего рода температурную гонку, соревнуясь в быстроте доведения нового открытия до коммерчески используемых технологий. Вперед пока вырвалась фирма «АТТ-Белл». Их ТК работает при 30 К.

Не забыты и опыты с парящими подставками. Норвежский исследователь Т.Йохансен доказал, что боковое смещение зависшего тела создает силу, которая возвращает его в прежнее положение. В эксперименте магнитный диск весом 0,5 кг, подвешенный над СП-пленкой, вращался со скоростью 15 тыс. об/мин! Новыми данными очень заинтересовались в аэрокосмическом агентстве США (НАСА). Там отчетливо видят перспективу высокоточных гироскопов, а также машин с долговременными подвесками на Марсе и Луне, где господствуют естественные низкие температуры.

Таким образом, сверхпроводящие магнитные подвески могут впервые заявить о себе не на Земле, а в космосе. Не будем удивляться — на пороге XXI век.

Панорама