3. Сверхпроводимость

3. Сверхпроводимость

В начале 20-го века голландский физик Гейке Каммерлинг-Оннес обнаружил, что при температуре ниже 4,15 К сопротивление ртути скачком уменьшается до нуля. Сила тока в охлажденном до такой температуры ртутном кольце оставалась неизменной годами.

Описанное явление назвали сверхпроводимостью.

В дальнейшем ученые обнаружили, что ртуть не является исключением: в сверхпроводящее состояние при достаточно низких температурах переходят многие металлы и сплавы. Исключения, как ни странно, составляют лучшие из проводников - например, серебро и медь: их не удалось сделать сверхпроводниками даже при температуре, очень близкой к абсолютному нулю.

Объяснить явление сверхпроводимости удалось только в середине 20го века. Оказалось, что та самая кристаллическая решетка, нерегулярности которой при «обычных» температурах являются помехой движению электронов, при низкой температуре, наоборот, «помогает» электронам.

Вследствие взаимодействия электронов с ионами решетки между электронами возникает притяжение: один электрон чуть деформирует решетку, вследствие чего другой электрон втягивается в область этой деформации. В результате электроны как бы объединяются в пары, и когда один электрон из пары встречается с нерегулярностью решетки, другой электрон - его партнер - «удерживает» его от столкновения. В результате электроны, «взявшись за руки», свободно проходят сквозь решетку с достаточно малыми нерегулярностями. Чтобы нерегулярности, обусловленные тепловыми колебаниями, были малыми, и необходимо охлаждение металла до низкой температуры.

Описанный механизм сверхпроводимости объясняет также, почему лучшие проводники не становятся сверхпроводниками: в таких проводниках слишком слабо взаимодействие между свободными электронами и ионной решеткой. Это делает их лучшими проводниками, но зато «лишает надежды» стать сверхпроводниками.

В конце 20-го века ученые создали сплавы, являющиеся сверхпроводниками при температуре выше 100 К. Благодаря этому стало возможным использовать для охлаждения дешевый жидкий азот (вместо дорогого жидкого гелия), что позволило существенно расширить возможности применения сверхпроводников (например, для создания очень сильных магнитных полей и сверхмощных компьютеров).

Ученые надеются, что в ближайшие десятилетия им удастся получить вещества, являющиеся сверхпроводниками даже при комнатной температуре. Это позволило бы во много раз уменьшить потери электроэнергии при передаче на большие расстояния.



Электродинамика.