• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Відкриття високотемпературних надпровідників

У квітні 1986 р. До редакції журналу «Цайтшрифт фюр фізик» надійшла стаття Беднорца і Мюллера - учених, що працюють у м. Цюріху в дослідницькій лабораторії фірми ІБМ (США). Стаття називалася вельми обережно «Можливість високотемпературної надпровідності в системі Ba-La-Cu-O», і в ній повідомлялося про виявлення різкого падіння опору кераміки зазначеного типу при температурах 30-35 К. Досліджена кераміка представляла собою суміш кількох фаз. Незабаром вдалося довести, що падіння опору супроводжується діамагнітной аномалією і відповідає надпровідному переходу. Цікаво, що система La-Cu-O досліджувалася давно - починаючи з 60-х років, однак температурні залежності провідності не були виміряні в області низьких температур. Якби такі виміри були проведені, то відкриття високотемпературної надпровідності відбулося б на 7-8 років раніше. На жаль, доля розпорядилася так, що нові надпровідники були приготовлені, але ще довгий час лежали і порошилися «непізнаними», чекаючи свого «зоряного часу». Лише в 1986 р. вони послужили основою для великого наукового відкриття.

У січні 1987 р. в журналі «Фізікал ревью леттерс» були опубліковані два повідомлення - з Х'юстонського університету (група Чу з співавторами) і лабораторій Белла (група Кава з співавторами), в яких вже називалася фаза, відповідальна за надпровідність. Ця фаза описується хімічною формулою La2-xBaxCuO4 для барієвої кераміки і La2-xSrxCuO4 для стронцієвої кераміки, причому у La1, 8Sr0, 2CuO4 спостерігався дуже вузький надпровідний перехід при Тс = 36К, що на цілих 13 градусів вище попереднього рекорду по Тс (23,3 К у Nb3Ge).

У перших числах березня було нове феноменальне відкриття: в Алабамськомуі Хьюстонському університеті групою Ву з співавторами на кераміці Y-Ba-Cu-O була досягнута температура надпровідного переходу Тс ≈ 92 К. Так був подоланий і азотний бар'єр по Тс, що ще більше підхльоснуло масовий інтерес дослідників до нових високотемпературних надпровідників. У всьому світі радіо, телебачення і преса заговорили про наукову сенсацію, про сьогодення «надпровідному бумі».

У газеті «Інтернешнл геральд трибюн» від 20 березня 1987 засідання американського фізичного товариства, присвячене відкриттю високотемпературної надпровідності, описується так: «... Нью-Йорк, 18-19 березня, конференція Американського Фізичного товариства. Фізики трьох континентів зробили атаку на один з нью-Йоркської готелів, щоб стати учасниками скликаній на швидку руку конференції, присвяченій ланцюжку відкриттів, які, можливо, спричинять за собою цілий каскад комерційних застосувань в електротехніці та електроніці.

Двері конференц-залу відрили в середу рано ввечері перед ревучий, блискучої всіма фарбами натовпом, раптово втратив свою професорську гідність. Протягом трьох хвилин вона заповнила всі 1200 місць для сидіння, після чого ще близько 1000 фізиків набилися в проходи між рядами і зайняли місця у проходах залу. Сотні інших билися біля дверей за право увійти ...

Засідання тривало до 3:00 ночі. Доповіді транслювалися по телемоніторам, розташованим по готельних коридорах, біля яких згрупувалися ті, що не потрапили на засідання ... Навіть після офіційного закриття обговорення тривало до 6:00 ранку ...

- Це феномен, нічого подібного в історії фізики ще не було, - сказав Теодор Гебалл зі Стенфордського університету ... »

Хвиля «надпровідної лихоманки» прокотилася і по Москві. Всі засідання та семінари в Інституті фізичних проблем, Фізичному інституті АН СРСР, в МГУ і інших місцях, присвячені високотемпературної надпровідності, проходять у переповнених залах. Все фізики (і не тільки вони одні) тільки й говорять, що про нову наукову сенсацію. Обмін новинами починається із запитання «скільки?», тобто який поточний рекорд по критичній температурі на сьогодні.

Яким же чином відобразити на часовій шкалі (див. рис.3) прогрес в області Тс у металооксидних з'єднань? Наскільки несподіваним є такий прогрес? Більшість відомих оксидних сполук є ізоляторами, тому чисто психологічно пошук надпровідності у металооксидних сполук представлявся досить-таки абсурдоюною витівк. Приклади металевої провідності у різних окислів добре відомі (див., наприклад, монографію Н.Ф.Мотта. «Переходи метал-ізолятор». - М.: Наука, 1979). Перше надпровідний оксидне з'єднання зі структурою перовскіту SrTiO3 було відкрито в 1964 р. Його критична температура при концентрації електронів порядку 1019 ÷ 1020 см-3 становила всього 0,3 - 0,5 К, тому титанат стронцію розглядали швидше як якийсь науковий курйоз, а не як родоначальник сімейства металооксидних надпровідників. Але ось в 1974 - 1975 рр.. виявили надпровідність LiTi2O4 (Tc ≈ 11 K) і кераміки BaPb1-xBixO3, у якій критична температура досягала максимального значення Тс = 12 К

При Х = 0,25, а концентрація електронів була досить низькою - близько 2 × 1021 см-3. У науковій літературі раніше повідомлялося і про інші надпровідних окислах - NbO, TiO1, 6, вольфрамових і ванадієвих бронзах Мх WO3, Mx VO3 (M-Rb, K), але найбільший інтерес викликала кераміка BaPb1-xBixO3, яка ось вже більше ніж 10 років досліджується досить інтенсивно, оскільки природа такої відносно високою критичної температури при невеликій концентрації електронів так і не з'ясована.

Якщо тепер на площину «критична температура - рік відкриття» нанести нові надпровідники La2-xSrxCuO4 і Y-Ba-Cu-O (див. рис.3), чітко видно, наскільки вище темп збільшення Тс у металооксидних сполук. Порівнюючи дві вийшли гілки (пунктирна і суцільна лінії), можна говорити про еволюційний і революційному розвитку фізики сверхпроводімості.Перша лінія тісно пов'язана з вивченням спочатку простих металів (Hg, Pb, Nb), потім подвійних (Nb3Sn, Nb3Ga) і потрійних (Nb3 ( Al, Ge)) інтерметалідів. В рамках такого підходу обрані композиції були в якійсь мірі логічним продовженням простих металів. Що ж до останніх великих успіхів у підвищенні Тс, то вони були досягнуті на металооксидних надпровідниках, разюче відрізняються від простих металів і в якійсь мірі дуже схожих на з'єднання з іонним зв'язком. Перефразовуючи відому приказку, можна сказати, що нові високотемпературні надпровідники до 1986 р. шукали, як правило, не там, де потрібно (суцільна лінія на рис. 3), а там, де світло (пунктирна лінія) і де все більш- менше вкладається в рамки традиційних уявлень про надпровідності в класичних металевих системах.

З цієї точки зору, основна причина успіху 1986 - 1987 рр.. пов'язана з подоланням «гіпнозу» чистих металів і інтерметалідів і з переходом до різних подвійним, потрійним, четверним з'єднанням самого різного типу і тестуванням їх на надпровідність. Саме таким чином були відкриті спочатку «екзотичні надпровідники» - органічні, магнітні, тяжелоферміонние, а потім і нові високотемпературні надпровідники. За кілька місяців 1986 і 1987 рр.. критична температура Тс була збільшена більш ніж на 70 градусів, у той час як на підняття Тс до попереднього рівня в 23 К було витрачено 75 років. Більш того, зараз темп пошукових і фундаментальних досліджень нових високотемпературних надпровідників настільки високий, що можна сподіватися на подальший прогрес в найближчому майбутньому.

Вчених, які відкрили надпровідність в кераміка La-Ba-Cu-O та Y-Ba-Cu-О, можна порівняти з геологами-першопрохідцями, виявили великі золоті самородки (з'єднання La2-xBaxCuO4 і YBa2Cu3O 9-y, що вказують на наявність нового перспективного золотонлсного родовища. Після цього треба ставити драгу, яка систематично пропрацює і відфільтрує все, навіть найдрібніші золоті крихти, які зустрінуться на її шляху. У науці аналогом драги є різні інститути, лабораторії, досвідчені підприємства, оснащені першокласним обладнанням та висококваліфікованими фахівцями, що знають свою справу. Зараз, коли встановлено «місце розташування» перспективних на надпровідність металооксидних сполук, «драга» переведена на потрібне місце і запущена. Тому подальший прогрес у цій галузі навіть в якійсь мірі неминучий.

Паралельно з пошуком нових надпровідників ведеться вдосконалення технології одержання високоякісних зразків уже відомих складів та дослідження їх фізичних властивостей. Хоча в цьому напрямку отримано великий обсяг експериментальних даних, до повного розуміння сукупності властивостей ще далеко.

Лекція №46

Читайте також:

1. II. Відкриття і подолання схоластичного світогляду
2. Великі географічні відкриття і первісне нагромадження капіталу
3. Великі географічні відкриття і первісне нагромадження капіталу
4. Великі географічні відкриття та їх наслідки. Промисловий переворот в провідних Західноєвропейських країнах
5. Великі географічні відкриття та їхній вплив на економічний розвиток Європи
6. Вибір моменту для відкриття вогню
7. Види банківських рахунків та порядок їх відкриття в установах банку
8. Види банківських розрахунків і порядок їх відкриття.
9. Відкриття А. Ейнштейна, Н. Бора, М. Планка, Е. Резер­форда, 3. Фрейда та ін.
10. Відкриття банками рахунків у національній та іноземній валютах і режим функціонування цих рахунків. Переоформлення та закриття рахунків
11. Відкриття в 1944 році філософського факультету в Київському університеті і створення в 1946 році Інституту філософії АН України сприяло активізації філософського життя в Україні.

Переглядів: 1250