Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
The Woodstock of Physics, март 1987, отель
Хьюстон
Георг Берднорц (Georg Bednorz) (слева) и
Алекс Мюллер (Alex Mueller)
Структура кристаллической решетки
YBa2Cu3O7
Пол Чу (Paul Chu)
Е.В.Антипов
С.Н.Путилин
Хайке Камерлинг Оннес (Heike Kamerlingh
Onnes) (первый ряд по центру) со своими
коллегами
Джон Бардин (John Bardeen), Леон Купер
(Leon Cooper) и Роберт Шриффер (Robert
Schrieffer)

Сверхпроводимость. Все еще в неопределенности

Ключевые слова:  высокотемпературная сверхпроводимость, периодика

Автор(ы): Adam Mann

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

24 июля 2011

В 1987 об этом говорили даже в ночных клубах Нью-Йорка. Слухи о новом изобретении физиков ходили месяцами. Газеты, журналы и утренние ток-шоу пестрили репортажами из лабораторий. Казалось, что чудесная эра левитирующих поездов вот-вот наступит. Вечером 18 марта 1987 года более чем 1800 членов Aмериканского физического общества собрались в зале отеля Хилтон, еще более 2000 осталось снаружи, ожидая начала конференции "Woodstock of physics", посвященной явлению высокотемпературной сверхпроводимости. Высокотемпературная сверхпроводимость - понятие довольно относительное. До 1986 года наблюдать сверхпроводимость при температурах выше 23 К возможным не представлялось. Максимальная критическая температура наблюдалась у сплава Nb3Ge (Т=23К). Считалось, что это фундаментальный предел, перешагнуть который мы не в силе.

Однако в июне 1986 года физики Георг Беднорц (Georg Bednorz) и Алекс Мюллер (Alex Muеller) из лаборатории IBM в Цюрихе (Швейцария) получают удивительный результат - в керамическом соединении La-Ba-Cu-O обнаружена сверхпроводимость при температуре 35 К - выше "фундаментальной" критической. Вскоре эстафета была перехвачена в США. Через полгода из университета Хьюстон приходит новость о сверхпроводимости в соединении Y-Ba-Cu-O уже при 93 К (Yttrium barium copper oxide, YBa2Cu3O7), синтезированном американско-китайским физиком Полом Чу (Paul Chu). Что больше всего удивляло физиков, так это тот факт, что сверхпроводимость была обнаружена в керамическом соединении, обычно проявляющем диэлектрические или полупроводниковые свойства. В настоящее время рекордным значеним критической температуры Tc =135 K (под давлением Tc=165 K) обладает вещество HgBa2Ca2Cu3O8+x, открытое в 1993 г. С. Н. Путилиным и Е. В. Антиповым (Химический факультет МГУ).

Сверхпроводимость при 35 К, а затем и 93 К. Эта новость стала громкой сенсацией и вызывала неподдельный интерес. Теперь для охлаждения до температуры в 93 К вполне подходил более дешевый жидкий азот, а не гелий, что означало удешевление технологии. Но это было не главным, что так взбудоражило присутствующих. Подогреваемая любопытством, аудитория гудела: если существует сверхпроводимость при 93 К, то почему бы ей не существовать и при комнатной температуре, ведь тогда верхпроводники наконец-то можно будет использовать для передачи электроэнергии... И ученым пришлось пересмотреть свои представления о механизмах проводимости при низких температурах, однако сделать это оказалось совсем непросто. До сих пор нет последовательной теории высокотемпературной сверхпроводимости, а существующие модели до конца не объясняют всех особенностей этого явления.

Для того, чтобы разобраться в явлении обычной сверхпроводимости, открытой 100 лет тому назал в лаборатории Камерлинга Оннеса в 1911 году, понадобилось более чем 50 лет. Ученые не могли понять: почему с понижением температуры до некоторой критической величины сопротивление металла падает до нуля, хотя теория металлов предсказывала, что при абсолютном нуле проводимость должна отсутствовать. В 1957 году на помощь приходит теория БКШ (Бардина-Купера-Шриффера), по сути своей основанная на законах квантовой механики. В ее основе лежит представление о сверхтекучести куперовских пар - связанных пар электронов с противоположными спинами и импульсами, которые при определенной температуре могут совершенно свободно перемещаться по кристаллической решетке металла. Вот одно из более наглядных объяснений причин образования куперовских пар. При перемещении электрона в кристаллической решетке он отдает часть своего импульса расположенным вблизи положительныи ионам. Ионы смещаются вдоль траектории электрона и в течение некоторого времени возвращаются в свое первоначальное положение. Таким образом, позади движущегося электрона наблюдается область избыточного положительного заряда, которая является центром притяжения другого электрона с противоположным импульсом. Когда второй электрон попадает в образовавшуюся потенциальную яму, между парой электронов возникает притяжение (возникает куперовская пара). Это взаимодействие происходит только между электронами, расположенными вблизи уровня Ферми, находящимися в S-состоянии. При низких температурах число таких пар очень велико. Происходит перекрытие квантовомеханических волновых функций и совокупность куперовских пар представляет собой уже конденсат. Электронные пары имеют целочисленный спин и подчиняются статистике Бозе, а неидеальный бозе-газ (между частицами которого существует отталкивание, а в нашем случае оно существует) при низких температурах обладает свойством сверхтекучести. Так как пары заряжены, их сверхтекучее движение соответствует появлению сверхпроводимости.

Большинство ученых считает, что фононная модель взаимодействия (БКШ теория) в случае высокотемпературной сверхпроводимости все же неприменима. При более высоких температурах энергия тепловых колебаний превышает энергию связи куперовской пары. Существует и "рафинированный" механизм фононной теории - теория биполяронов. Здесь в качестве носителей заряда рассматриваются поляроны (электрон и фононное "облако"). Однако большая эффективная масса поляронов ставит под вопрос возможность существования сверхпроводимости при высоких температурах. Другое направление теории высокотемпературной сверхпроводимости связано с магнитными свойствами вещества. Например, спаривание электронов из-за нарушения спинового порядка. Однако полного понимания механизма высокотемпературной сверхпроводимости еще нет. Сейчас уже никто не отрицает, что для создания полной теории нужно время. Иногда бывает так, что непонятно, что именно нуждается в объяснении. 15 лет тому назад, например, было открыто, что в допированных положительно купратах электронные пары формируются в диапазоне температур выше критической. В этом состоянии в материале образуются области со сверхпроводимостью. Некоторые считают, что это состояние материала является как бы прекурсором для обычной сверхпроводимости, наблюдаемой во всем образце ниже критической температуры. Другие - резко отрицают это. Но кто прав покажет время. В любом случае, в споре рождается истина.

По материалам Nature.



Средний балл: 7.2 (голосов 8)

 


Комментарии
Я теперь активно учусь пользоваться поисковиками
Совсем не смог найти, где указанный в данной компиляционной заметке автор (Adam Mann) упоминает про
"В настоящее время рекордным значеним критической температуры Tc =135 K (под давлением Tc=165 K) обладает вещество HgBa2Ca2Cu3O8+x, открытое в 1993 г. С. Н. Путилиным и Е. В. Антиповым (Химический факультет МГУ)."
Нет этого и в другой указанной ссылке
Юный максималист, 25 июля 2011 21:44 
оригинальная статья Путилина и коллег в Nature за 1993 год:
doi:10.1038/362226a0
цитировано 824 раза.
где указанный в данной компиляционной заметке автор (Adam Mann) упоминает это??
<Поясню доходчиво - есть разница - описано в оригинальной статье Природы (где, еще доходчивей поясню, этого и нет вовсе - увы и ах!) или просто "креативно" добавлено "авторитетным" самоцензурируемым компилятором по ходу "перевода" на правах отсебятины? Заметьте, что удивляет только "моральное право" критиковать после этого Петриков >

И в этом же контексте - опыт дискуссии с Владимиром Константиновичем был чрезвычайно печально-поучительным
Balabanov Victor, 30 июля 2011 12:39 
Владимир Владимирович,
я же говорил, что нет смысла ломать копьё, а Вы "...стоит только расставить фигуры!" Извиняюсь, если не точно цитирую...

Похоже на ту же "борьбу за чистоту рядов" и право на "истину в первой инстанции"...
"Где умирает надежда, там возникает пустота."
(Леонардо да Винчи)
Balabanov Victor, 31 июля 2011 19:31 
Нет! Пустоту займет "зло".
Владимир Владимирович, 01 августа 2011 01:55 
"Люди всегда дурны, пока их не принудит к добру необходимость." (Никколо Макиавелли)
Balabanov Victor, 10 августа 2011 16:45 
«Настанет время, когда будут усовершенствованы машины, которыми человек мог бы управлять миром, но человека больше не будет. Машины сами будут действовать в совершенстве, и достигать максимальных результатов. Последние люди сами превратятся в машины, но затем и они исчезнут за ненадобностью... Природа будет покорна технике. Новая действительность, созданная техникой, останется в космической жизни. Но человека не будет…».

Н.А. Бердяев (1933 г.)
Палии Наталия Алексеевна, 15 августа 2011 14:56 
Возвращаясь собственно к теме статьи, некая определенность появилась, см. [URL=Science] http://www.n...nal-science[/URL] и http://disco...2-3973.html
Balabanov Victor, 15 августа 2011 16:35 
Еще одна из гипотез, пока без конкретных результатов.
Возможно, истина кроется в других подходах, например, в экспериментах Н. Теслы с беспроводной передачей электроэнергии...
Эксперименты с графеном К.Новоселова и А. Гейма сейчас никак не учитываются в механизме сверхпроводимости. А жаль! Скорее всего первый, официально признанный КТСП, будет создан в Англии.
КТСП создан не будет. Публично съем свои носки, если это произойдет. Под критериями СП понимают несколько признаков, которые реально, а не виртуально должны выполняться, см. [URL=ТУТ] http://www.n...159649.html[/URL].
Владимир Владимирович, 16 августа 2011 20:56 
"Никогда не говори никогда".
Не удалось химфаку/ФНМу - вряд ли есть железные аргументы так обобщать категорично!

По сему прошу смиренно смягчения публичного акта (поскольку уточнений не было) - носки чистые, глаженные из "органических" (то есть натуральных по-модному) биодеградируемых волокон.
Balabanov Victor, 17 августа 2011 11:08 
Cейчас вообще есть съедобное бельё. Хочешь со вкусом клубнички, хочешь шоколада...
Balabanov Victor, 16 августа 2011 20:44 
Е.А. Не стоит так категорично высказываться. Возможно, будет создано что-то полезное для космоса или техники Крайнего Севера, для спец. оборудования и т.п. (т.е. не обязательно СП при комнатной температуре).
Balabanov Victor, 27 августа 2011 08:20 
"РИА-Новости" опубликовало интересную информацию: "Сибэлектромотор" до конца года создаст двигатель на сверхпроводниках" http://i-rus...edia/7007/.
К сожалению, эта новость всё еще "ожидает публикации" у редактора Нанометра.
Уже две неопределённости успешно ликвидированы:
(1) Установлены кандидаты №1 на роль ВТСП. Это - кармины, никому не известные кармины.
(2) Экспериментально надёжно установлены значения критической температуры Тс = 350 К и Тс = 650 К. Это сделал выдающийся учёный Сергей Григорьевич Лебедев (Институт ядерных исследований РАН).
Но карминов существует огромное множество.
Я - Мельниченко Владимир Михайлович.
e-mail: v.carmin@gmail.com
Владимир Владимирович, 27 августа 2011 17:20 
Кармины, неуловимыe кармины - науки апогей!
(реально РАН...)

Новость, уважаемый Виктор, это когда реально сделали и работает!
А иначе это "демагогия" в стиле аффективных менегеров и писателей науч/агитпопа...
Balabanov Victor, 28 августа 2011 15:35 
"Новость — оперативное информационное сообщение, которое представляет политический, социальный или экономический интерес для аудитории в своей свежести, то есть сообщение о событиях произошедших недавно или происходящих в данный момент" (Википедия).

Я указал, что РИА-Новости, опубликовало информацию, а я просил редакторов сайта разместить об этой информации новость.

Похоже, есть новости (события и комментарии), которые можно публиковать, а другие (в лучших традициях Совка) - не следует, чтобы не волновать публику.
Владимир Владимирович, 28 августа 2011 16:10 
Похоже, есть новости (события и комментарии), которые можно публиковать, а другие (в лучших традициях Совка) - не следует, чтобы не волновать публику.

Тут Вы, уважаемый Виктор, правы - есть такие новости. Сколько было радостного шума (и новостей до запуска) про спутник АМ4, а где теперь этот космический мусор?
Да, в Советском Союзе старались рапортовать достижения, а не рекламу, не говоря уже о прочем разврате/распаде...

Очень важно заметить, что я выражаю свое личное мнение, а не редакционную политику.
Антонов Алекс, 28 августа 2011 23:22 
Спасибо Нанометру!
А говорят - жизнь скучна! Даже не мыслил:" Кармины построены не из атомов углерода. Кармины построены из молекул углерода."

В копилку, рядом с small fragments of incom-
pletely graphitized graphenes
Да очень занимательно!
спасибо за информацию

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Коралловый риф
Коралловый риф

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

Вокруг Нанограда
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. И сам город оказался молодым, динамичным, современным и интересным. Ниже дан небольшой фоторепортаж вокруг Нанограда, беглый взгляд, что собой представляет Ханты - Мансийск.

На лекциях Нанограда 2019
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Мы приводим небольшой фоторепортаж с различных лекций Нанограда.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.