88.pdf

ÍÀÓÊÀ È ÒÅÕÍÈÊÀ

ÁÓÌ ÂÎÊÐÓÃ

ÑÂÅÐÕÏÐÎÂÎÄÈÌÎÑÒÈ

Ë. ÌÀÒÂÅÅÍÊÎ, êàíä. ôèç.- ìàò. íàóê

äîñòèãíóòà òåìïåðàòóðà ñâåðõïðîâîäÿ-

ùåãî ïåðåõîäà Ò c ~ 92 Ê, ÷òî ãîðàçäî âû-

øå òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ æèäêîãî àçîòà

(77 Ê, èëè -196°Ñ), äåøåâîãî è äîñòóïíî-

ãî õëàäàãåíòà, ïðîèçâîäèìîãî ïðîìûø-

ëåííîñòüþ â áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ.

Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü óæå èìåþòñÿ

ìàòåðèàëû, â êîòîðûõ òåìïåðàòóðà ïå-

ðåõîäà â ñâåðõïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå

äîñòèãàåò 135 Ê, è íåò îñíîâàíèé ïîëà-

ãàòü, ÷òî ýòî óæå ïðåäåë.

Èíòåðåñ ê ñâåðõïðîâîäèìîñòè ïðè-

íÿë ìàññîâûé õàðàêòåð. Â òåðìèíîëî-

ãèè ôèçèêîâ ïîÿâèëèñü äâà ïîíÿòèÿ:

íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ñâåðõïðîâîäè-

ìîñòü (ÍÒÑÏ) è âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ

ñâåðõïðîâîäèìîñòü (ÂÒÑÏ). Àâòîðàì

îòêðûòèÿ ÂÒÑÏ Æ. Áåíäîðöó è Ê. Ìþë-

ëåðó áûëà ïðèñóæäåíà Íîáåëåâñêàÿ

ïðåìèÿ.

Â òå÷åíèå ìíîãèõ ëåò ñ÷èòàëè, ÷òî

ñâåðõïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå, â ïåðâóþ

î÷åðåäü, õàðàêòåðèçóåòñÿ áåñêîíå÷íîé

ïðîâîäèìîñòüþ. Â 1933 ã. íåìåöêèìè

ôèçèêàìè Ìåéñíåðîì è Îêñåíôåëüäîì

áûëî îòêðûòî âòîðîå ôóíäàìåíòàëüíîå

ñâîéñòâî ñâåðõïðîâîäíèêîâ èäåàëü-

íûé äèàìàãíåòèçì. Ýôôåêò Ìåéñíåðà

(ðèñ. 2) ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðè îõëàæäå-

íèè ìàññèâíîãî ñâåðõïðîâîäíèêà íèæå

òåìïåðàòóðû ïåðåõîäà ïðîèñõîäèò âû-

òàëêèâàíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ èç òîëùè

ñâåðõïðîâîäÿùåãî îáðàçöà â îêðóæàþ-

ùåå ìàãíèòíîå ïîëå, òàê ÷òî âíóòðè îá-

ðàçöà (çà èñêëþ÷åíèåì òîíêîãî ïîâåðõ-

íîñòíîãî ñëîÿ òîëùèíîé 1001000

àíãñòðåì) îíî âñåãäà ðàâíî íóëþ. Èìåí-

íî ýòè äâà ñâîéñòâà áåñêîíå÷íàÿ ïðî-

âîäèìîñòü è èäåàëüíûé äèàìàãíå-

òèçì ÿâëÿþòñÿ ãëàâíûìè õàðàêòåðèñ-

òèêàìè ñâåðõïðîâîäèìîñòè.

Èññëåäîâàíèÿ îòêðûëè åùå îäèí

âàæíûé ýôôåêò. Åñëè óâåëè÷èâàòü íà-

ïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ, òî ïðè

íåêîòîðîé âåëè÷èíå åãî Í=Í c , íàçûâàå-

ìîé êðèòè÷åñêîå ìàãíèòíîå ïîëå,

ñâåðõïðîâîäèìîñòü ñêà÷êîì èñ÷åçàåò

è îáðàçåö ïåðåõîäèò â íîðìàëüíîå

ñîñòîÿíèå. Òî æå ñàìîå ïðîèñõîäèò ïðè

óâåëè÷åíèè òîêà, ïðîïóñêàåìîãî ÷åðåç

ñâåðõïðîâîäíèê. Ñâåðõïðîâîäèìîñòü

ðàçðóøàåòñÿ ïðè äîñòèæåíèè òîêîì

êðèòè÷åñêîé âåëè÷èíû I = I c .

Ïîçäíåå áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî â çà-

âèñèìîñòè îò âèäà âçàèìîäåéñòâèÿ

ñ ìàãíèòíûì ïîëåì ñâåðõïðîâîäíèêè

äåëÿòñÿ íà äâà òèïà: ñâåðõïðîâîäíèêè

1-ãî ðîäà êàê ïðàâèëî, ÷èñòûå ìåòàë-

ëû è ñâåðõïðîâîäíèêè 2-ãî ðîäà, ê êîòî-

ðûì îòíîñèòñÿ áîëüøèíñòâî ñïëàâîâ,

÷èñòûé íèîáèé è âíîâü îòêðûòûå âûñî-

êîòåìïåðàòóðíûå

Ïðîðûâ â ñâåðõïðîâîäÿùåé ìèêðîýëåêòðîíèêå

Ïîÿâëåíèå ñâåðõ÷óâñòâèòåëüíûõ ïðèåìíèêîâ, ìèêðîãåíå-

ðàòîðîâ, ìèíè-ìàãíèòîìåòðîâ

Ìàãíèòîìåòðè÷åñêèå ñêàíèðóþùèå ìèêðîñêîïû

×óòü áîëåå 10 ëåò íàçàä â ñðåäñòâàõ

ìàññîâîé èíôîðìàöèè ñòàëè óïîìÿ-

íàòüñÿ òàêèå ïîíÿòèÿ, êàê ñâåðõïðîâî-

äèìîñòü, âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ ñâåðõ-

ïðîâîäèìîñòü, íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ

ñâåðõïðîâîäèìîñòü òåðìèíû, êîòî-

ðûå ðàíåå îáû÷íî óïîòðåáëÿëè òîëüêî

ñïåöèàëèñòû ôèçèêè. Ñîîáùàëîñü

î ðåâîëþöèîííîì íàó÷íîì îòêðûòèè,

î ïðîðûâå â ìèêðîýëåêòðîíèêå è íàñòóï-

ëåíèè íîâîé ýðû â òåõíè÷åñêîì ðàçâè-

òèè îáùåñòâà.

Ïî÷åìó áûëî óäåëåíî òîãäà, è òåì

áîëåå ñåãîäíÿ, òàêîå âíèìàíèå ÿâëå-

íèþ, èçâåñòíîìó ó÷åíûì è ñïåöèàëèñ-

òàì óæå äåñÿòêè ëåò, íî ñ êîòîðûì áîëü-

øèíñòâî ëþäåé ñòàëêèâàëîñü ðàçâå ÷òî

â ïðîèçâåäåíèÿõ ïèñàòåëåé-ôàíòàñòîâ?

Â ÷åì ñóòü ýòîãî ÿâëåíèÿ è êàêèå îíî ñó-

ëèò ïåðñïåêòèâû? ×òîáû îòâåòèòü íà ýòè

âîïðîñû, îáðàòèìñÿ ê èñòîðèè îòêðûòèÿ

ñâåðõïðîâîäèìîñòè è ïîÿñíèì îñíîâ-

íûå ïîíÿòèÿ, ñâÿçàííûå ñ íèì.

Â 1911 ã. ãîëëàíäñêèé ôèçèê Õ. Êà-

ìåðëèíã-Îííåñ, èññëåäóÿ ýëåêòðè÷åñ-

êîå ñîïðîòèâëåíèå ðòóòè ïðè î÷åíü íèç-

êèõ òåìïåðàòóðàõ, íåîæèäàííî äëÿ ñåáÿ

îáíàðóæèë, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðå, ðàâ-

íîé 4,15 Ê (ýòî ïðèáëèçèòåëüíî

269°Ñ), ñîïðîòèâëåíèå îáðàçöà âäðóã

ðåçêî óïàëî äî íóëÿ, â òî âðåìÿ êàê òà-

êèå ïðåêðàñíûå ïðîâîäíèêè, êàê çîëîòî

è ìåäü ïðè òåõ æå òåìïåðàòóðàõ èìåëè

âåñüìà ìàëîå, íî âïîëíå èçìåðèìîå îñ-

òàòî÷íîå ñîïðîòèâëåíèå (10 -9 Îì . ñì).

Ýòî ÿâëåíèå Êàìåðëèíã-Îííåñ íàçâàë

ñâåðõïðîâîäèìîñòüþ, à òåìïåðàòóðó

Ò c , ïðè êîòîðîé ïðîèñõîäèò ïåðåõîä èç

íîðìàëüíîãî â ñâåðõïðîâîäÿùåå ñîñòî-

ÿíèå, êðèòè÷åñêîé èëè òåìïåðàòó-

ðîé ïåðåõîäà.

Íåêîòîðîå âðåìÿ ñïóñòÿ îáíàðóæè-

ëè, ÷òî ïîäîáíûé æå ýôôåêò íàáëþäà-

åòñÿ è â äðóãèõ ìåòàëëàõ, íàïðèìåð,

àëþìèíèè, ñâèíöå, èíäèè. Èç ÷èñòûõ

ìåòàëëîâ ñàìóþ âûñîêóþ Ò c èìååò íèî-

áèé: Ò c (Nb) ~ 10 Ê.

Ñ òå÷åíèåì âðåìåíè ó÷åíûìè äîñòèãàë-

ñÿ äàëüíåéøèé ðîñò êðèòè÷åñêèõ òåìïåðà-

òóð ñâåðõïðîâîäíèêîâ. Ïðàâäà, ìåäëåí-

íûé, íî äîâîëüíî ïîñòîÿííûìè òåìïàìè

(ðèñ. 1). È òîëüêî â 1973 ã. áûëà çàðåãèñò-

ðèðîâàíà ñàìàÿ âûñîêàÿ Ò c â ñïëàâå íèî-

áèÿ ñ ãåðìàíèåì (NbGe) 23,2 Ê.

Â êîíöå 1986 ã. ìèð îáëåòåëà ñåíñà-

öèîííàÿ âåñòü: ó÷åíûå Æ. Áåíäîðö

è Ê. Ìþëëåð, ðàáîòàþùèå â Öþðèõå

â èññëåäîâàòåëüñêîé ëàáîðàòîðèè èç-

âåñòíîé êîìïüþòåðíîé ôèðìû IBM, ñî-

îáùèëè î çàôèêñèðîâàííîì èìè ðåçêîì

ïàäåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ êåðàìè÷åñêîãî

ìåòàëëîîêñèäíîãî îáðàçöà Ba-La-Cu-O

ïðè òåìïåðàòóðå 35 Ê! À âñêîðå ïîñòó-

ïèëî ïîäòâåðæäåíèå äðóãèõ èññëåäîâà-

òåëåé, â òîì ÷èñëå ðîññèéñêèõ, î íàáëþ-

äåíèè ýòîãî ÿâëåíèÿ.

Â ïåðâûõ ÷èñëàõ ìàðòà 1987 ã. ñòàëî

èçâåñòíî î íîâîì çàìå÷àòåëüíîì îòêðû-

òèè: â Àëàáàìñêîì è Õüþñòîíñêîì óíè-

âåðñèòåòàõ ãðóïïîé Ì. Ê. Âó ñ ñîòðóäíè-

êàìè íà êåðàìèêå Y-Ba-Cu-O (òàê íàçûâà-

åìîé

èòòðèåâîé

êåðàìèêå)

áûëà

ìåòàëëîîêñèäíûå

ñâåðõïðîâîäíèêè.

Ñâåðõïðîâîäíèêè 1-ãî ðîäà, õàðàê-

òåðíàÿ îñîáåííîñòü êîòîðûõ ñîñòîèò

â òîì, ÷òî îíè ïîëíîñòüþ âûòàëêèâàþò

ìàãíèòíûé ïîòîê èç ñâîåãî îáúåìà, âñå

èìåþò êðèòè÷åñêèå ìàãíèòíûå ïîëÿ íè-

æå 100 ìÒë, ïðè ýòîì îíè ñêà÷êîì ïåðå-

õîäÿò èç ñâåðõïðîâîäÿùåãî ñîñòîÿíèÿ

â íîðìàëüíîå.

Ó ñâåðõïðîâîäíèêîâ æå 2-ãî ðîäà,

ñóùåñòâîâàíèå êîòîðûõ âïåðâûå áûëî

ïðåäñêàçàíî â 1952 ã. îäíèì èç îñíîâî-

ïîëîæíèêîâ òåîðèè ñâåðõïðîâîäèìîñòè

ðîññèéñêèì ó÷åíûì À. À. Àáðèêîñîâûì,

ïðè âåëè÷èíå âíåøíåãî ïîëÿ Í=Í c1

(ïåðâîå êðèòè÷åñêîå ïîëå) ðåàëèçóåòñÿ

ñìåøàííîå ñîñòîÿíèå (ðèñ. 3), â êîòî-

ðîì ñâåðõïðîâîäíèê êàê áû ïðîíèçàí

òîíêèìè íèòÿìè èëè öèëèíäðèêàìè (äè-

Ðèñ. 1. Ãðàôèê ðîñòà ðåêîðäíûõ çíà÷åíèé Ò Ñ

ÐÀÄÈÎ ¹ 10, 1998

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: