Сверхпроводимость

Эффект Мейснера:постоянный магнит парит над сверхпроводником.

1911 год. Нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес, сотрудник Лейденского университета, впервые получивший жидкий гелий и тем самым открывший путь к систематическим исследованиям свойств материалов при температурах, близких к абсолютному нулю, обнаружил, что при 4,2 К ("минус" 269 градусов Цельсия) обычная металлическая ртуть (простое вещество, представляющее собой "плохой металл") полностью теряет электрическое сопротивление. Вскоре вслед за ртутью были открыты и другие сверхпроводники: олово (3,69 К), свинец (7,26 К) и т.д.

1914 год. Выяснилось, что существует критическое для сверхпроводимости магнитное поле.

1933 год. Мейснер и Оксенфельд показали, что сверхпроводники одновременно являются и идеальными диамагнетиками, то есть полностью выталкивают линии магнитного поля из объема своего объема - это так называемый эффект Мейснера: постоянный магнит парит (левитирует) над сверхпроводящим диском.

1934 год. Создана первая двухжидкостная модель сверхпроводимости Гортера-Казимира, согласно которой в сверхпроводнике наряду со сверхпроводящим током может течь и нормальный ток, обусловленный "нормальными электронами". Эта модель позволила дать качественное объяснение эффекта Мейснера.

1935 год. Советский физик Лев Шубников открыл сверхпроводники второго рода, отличающиеся от известных к тому времени сверхпроводников своим поведением в магнитном поле. Причины этого отличия тогда остались неясны.

1950 год. Создана феноменологическая теория сверхпроводимости при низких температурах - теория Ландау-Гинзбурга. Она позволила получить для сверхпроводников ряд важных термодинамических соотношений, объяснить поведение сверхпроводящих пленок в магнитном поле, эффекты переохлаждения и перегрева и т.д.

1957 год. Алексей Абрикосов, основываясь на теории Ландау-Гинзбурга, сумел объяснить факт существования сверхпроводников первого и второго рода. Но мысль об объединении электронов в пары тогда никому не пришла в голову.

1957 год. Джон Бардин, Леон Куппер, Джон Шриффер создали знаменитую теорию БКШ, описав явление сверхпроводимости на микроскопическом уровне. Теория БКШ вскрыла механизм сверхпроводимости. Было выяснено, что в его основе лежит электрон-фононное взаимодействие, которое приводит к образованию куперовских пар, переносящих "сверхток". Теория БКШ позволила выразить критическую температуру через фононные и электронные характеристики. В результате этого появилась возможность вести осмысленный поиск новых сверхпроводников с более высокой температурой сверхпроводящего перехода. Для гипотетического пока металлического водорода была предсказана огромная 200-300 К) температура. Но максимум, чего удалось добиться за 30 лет со времени публикации БКШ, - повысить температуру сверхпроводимости до 24 К в 1973 г.

1960 год. Алексей Абрикосов и Лев Горьков разработали теорию сверхпроводников с магнитными примесями. Предсказано явление бесщелевой сверхпроводимости.

1964 год. Литтл и Гинзбург независимо высказали идею о возможном нефононном механизме сверхпроводимости в так называемых низкоразмерных (квазиодномерных или квазидвумерных) системах. Было показано, что замена фононов на экситоны (возбуждения подсистемы связанных электронов) в принципе позволяет повысить температуру сверхпроводящего перехода до 50-500 К. Однако поиск таких сверхпроводников не увенчался успехом.

1978 год. Алексей Абрикосов высказал идею о высокотемпературной сверхпроводимости кристаллической экситонной фазы с тяжелыми дырками - "металлического экситония".

1986 год. Швейцарские ученые Георг Беднорц и Алекс Мюллер обнаружили способность керамики на основе оксидов меди, лантана и бария переходить в сверхпроводящее состояние при 30 К. (Образцы керамики аналогичного состава были синтезированы в 1978 г. Лазаревым, Кахан и Шаплыгиным, а также французскими исследователями двумя годами позже. К сожалению, электропроводность этих образцов была измерена лишь до температуры кипения жидкого азота (77 К), что не позволило обнаружить эффект высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) на десять лет раньше.) В сверхпроводимости начался настоящий "бум". В среднем публиковалось около 15 статей в день. Однако до сих пор непонятен механизм сверхпроводимости ВТСП.

Важнейшая черта открытия ВТСП - то, что сверхпроводимость была обнаружена не у традиционных интерметаллидов, органических или полимерных структур, а у оксидной керамики, обычно проявляющей диэлектрические или полупроводниковые свойства. Это разрушило психологические барьеры и позволило в течение короткого времени создать новые, более совершенные поколения металлоксидных сверхпроводников почти одновременно в США, Японии, Китае и России.

1987 год, февраль. Чу и др. синтезируют керамику из оксидов бария, иттрия и меди с критической температурой 93 К, то есть выше точки кипения жидкого азота.

1988 год, январь. Маеда и др. синтезируют серию ВТСП с критической температурой 108 К.

1988 год, февраль. Шенг и Херман получили сверхпроводник с критической температурой 125 K.

1993 год. Антипов, Путилин и др. открыли ряд ртутьсодержащих высокотемпературных сверхпроводников. В настоящее время одна из фаз ртутьсодержащих ВТСП имеет наибольшее известное значение критической температуры (135 К), причем при внешнем давлении 350 тыс. атмосфер температура перехода возрастает до 164 К, что лишь на 19 К уступает минимальной температуре, зарегистрированной в природных условиях на поверхности Земли.

"Голубая мечта" - сверхпроводимость при комнатной температуре (300-400 К). В соединениях какого типа может реализовываться такая сверхпроводимость - трудно сказать... Возможно, это будут слоистые квазидвумерные системы, а может быть - что-то такое, о чем мы сейчас и не подозреваем. Когда это произойдет - тоже неизвестно. По словам Виталия Гинзбурга, "у нас имеется один естественный рубеж - 2011 год, то есть столетие со дня открытия сверхпроводимости".