Среди чистых сверхпроводящих элементов самую высокую критическую температуру имеет Nb. В нем сверхпроводимость сохраня­ется до температуры Гк = 9,2°К. Более высокая температура перехода встречается только у сплавов. В течение многих лет «рекордсменом» был сплав Nb3Snс критической температурой Тк = 18,1 °К. Несколько лет тому назад этому сплаву пришлось все-таки «потесниться». В настоящее время сверхпроводимость вплоть до температуры Тк = 20,1 °К сохраняет весьма сложное соедине­ние Nb3Al— Nb3Ge. Пленки Nb3Geимеют Тк — 22,3 °К. Мы видим, что повышение критической температуры требовало усложнения исследуемых веществ.

На чем же основана существующая теперь надежда на заметное повышение ТЛ? Основана она прежде всего на понимании механиз­ма сверхпроводимости, природы самого явления. Это и позволяет вести поиск не вслепую, а в определенных направлениях.

Мы уже говорили, что сверхпроводимость возникает благодаря межэлектрониому притяжению, которое появляется из-за взаимодей­ствия электронов с решеткой кристалла. При действии этого обыч­ного механизма сверхпроводимость может сохраняться лишь до температур Т ≈ 40—50 °К. Поскольку в настоящее время достигну­ты пока Тк ≈ 20 К, то имеются еще не использованные резервы и возможности повышения Тк с помощью электрон-ионного взаимо­действия. В этом направлении поиски ведутся сейчас во многих физических лабораториях.

Повышение критической температуры, при котором в сверхпроводнике продолжает действовать обычный механизм сверхпроводи­мости, связывается главным образом с воздействием на структуру кристаллической решетки. Ее свойства пытаются изменять так, чтобы увеличить межэлектронное притяжение.

Но если говорить о высокотемпературной сверхпроводимости, о сверхпроводниках, которые существовали бы при комнатной тем­пературе, то в этом случае нужно вести поиск новых механизмов сверхпроводимости.

Притяжение электронов, приводящее к сверхпроводимости, создается за счет промежуточной среды, и в обычном случае такой средой является кристаллическая решетка. Возникает вопрос: а нельзя ли найти другую среду, которая обеспечила бы более силь­ное межэлектрошкю притяжение?

В 1964 г. появилась работа американского физика В. Литтла, в которой был получен феноменальный результат, вызвавший огромный интерес. В предложенной им модели сверхпроводника сверхпроводимость сохранялась до температуры Т ≈ 2400 °К.

Что же из себя представляет модель Литтла? Она изображена на рисунке. Рассматривается полимер с главной осью AB, вдоль которой и перемещаются электроны приводимости. Кроме того имеются боковые ветви, причем электроны, относящиеся к ним, совершают колебательное движение. Основное в этой модели — существование двух групп электронов. Один из электронов проводимости посредством кулоновских сил вызывает движение электронов в боковой ветви, что сказывается на состоянии другого электрона проводимости. Картина вполне похожа на обычную, но роль ионов решетки теперь играют электроны боковых ветвей. Они и образуют ту промежуточную среду, которая создает притяжение между электронами проводимости. При этом в главной оси устанавливается сверхпроводящее состояние. В обычном случае притяжение в сверхпроводнике создается системой ионов. Но электроны, находящиеся на боковых ветвях, являются более подвижными частицами. Поэтому притяжение, которое они создают, сказывается сильнее, чем в обычном случае, что и проводит к высокотемпературной сверхпроводимости.

Модель, подложенная Литтлом, очень красива, однако попытки синтеза наталкиваются на принципиальные трудности. Главная из них не имеет отношения к механизму сверхпроводимости, она связана с одномерным характером модели Литтла. Оказывается, что в случае когда электроны могут двигаться вдоль одной лини (как говорят, в одномерном случае), сверхпроводимость вообще невозможна.

Однако идея нового механизма, основанного на наличии двух групп электронов, вовсе не требует одномерности. Она может быть реализована и в обычном трехмерном случае. Такой механизм сверхпроводимости подробно исследован в работах советского фи­зика-теоретика Б. Т. Гейликмана. Им были рассмотрены две основ­ные возможности установления сверхпроводящего состояния. Первая из них соответствует случаю, когда электроны разных групп про­странственно отделены друг от друга. Примером такой системы является сплав металла с неметаллическим веществом. Электроны проводимости могут перемещаться по всему металлу. Вторая же группа частиц образована электронами неметаллических включений. Взаимодействие этих двух групп электронов и приводит к возмож­ности возникновения сверхпроводимости в металле.

Две пространственно разделенные группы электронов образуют­ся и в случае, когда на пленку металла нанесено неметаллическое покрытие. Системы такого рода были рассмотрены в работах ака­демика В. Л. Гинзбурга с сотрудниками.

Второй тип трехмерной системы соответствует случаю, когда электроны не образуют пространственно разделенных групп. В ме­талле часто встречаются группы электронов проводимости, переме­щающиеся по всему образцу, но отличающиеся своими свойствами (например, подвижностью).

Если мы представим себе процесс образования металла как постепенное сближение ранее независимых атомов, то различные груп­пы электронов (они называются зонами) соответствуют электронам, находившимся ранее на различных атомных уровнях. Следует отметить, однако, что условия возникновения сверхпроводимости в этом случае очень капризны и необходима большая и сложная работа по поиску таких веществ.

Высокотемпературная сверхпроводимость резко увеличит об­ласть использования эффекта сверхпроводимости. Замечательные свойства сверхпроводников, такие, как отсутствие тепловых потерь, аномалии в тепловых и электромагнитных свойствах, наблюдаемая сверхпрозрачность по отношению к низкочастотным электромагнит­ным и звуковым колебаниям и т. д., бесспорно, найдут себе широкое применение.

В. Литтл в одной из статей писал: «Размышления относительно использования таких сверхпроводников будут читаться скорее как научно-фантастический роман, чем серьезные научные пред­ложения...

Магнитное поле не может проникнуть в сверхпроводник и таким образом создает подушку, на которой покоится магнит. Нетрудно представить себе парящий корабль будущего, использующий этот самый принцип для перевозки пассажиров и груза над «железной дорогой» из сверхпроводящего слоя; этот корабль движется как ковер-самолет, без трения, без износа и разрушения. Можно пред­ставить себе катание на магнитных лыжах по сверхпроводящим горам, лыжные прыжки — многие фантастические вещи окажутся вполне реальными».

Сверхпроводимость сейчас относится к физике низких темпера­тур. Но вполне возможно, что в недалеком будущем придет конец этому ограничению.

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top