Создание теории сверхпроводимости послужило мощным импульсом ее целенаправленного исследования. Без преувеличения огромный прогресс был достигнут в получении новых сверхпроводящих материалов. Важную роль сыграло тут открытие А. А. Абрикосовым1 нового класса сверхпро- водников (так называемых сверхпроводников второго рода), качественно отличавшихся от уже известных своим весьма необычным поведением в магнитном поле. Если ранее считалось, что магнитное поле не может про- никнуть в сверхпроводящую фазу, не разрушив ее (и это действительно верно почти для всех чистых металлов2), то Абрикосов теоретически по- казал, что существует и другая возможность — магнитное поле может проникать при определенных условиях в сверхпроводник в виде вихрей тока (вихрей Абрикосова), сердцевина которых переходит в нормальную фазу, периферия же остается сверхпроводящей (см. стр. 228)! В соответ- ствии с поведением сверхпроводников в магнитном поле их стали делить на сверхпроводники первого рода (старые) и второго (открытые Абрико- совым). Важно, что сверхпроводник можно перевести из первого рода во второй, «испортив» его примесями или другими дефектами. Началась настоящая охота за сверхпроводящими материалами, обла- дающими высокими критическими полями и температурами. Какими только способами их не получали. И дуговой сваркой, и быстрым охлаждением, и напылением на горячую подложку. Были открыты, например, сплавы 1ЧЬз Se и 1ЧЬз Al, имеющие критическую температуру (температуру пере- хода в сверхпроводящее состояние Тс = 18 К и верхние критические поля более 20 Тл). В последние годы еще более значительный прогресс был достигнут в тройных соединениях. Вплоть до открытия высокотемператур- ной сверхпроводимости рекордсменом по значению верхнего критического поля F0 Тл) был сплав Pb Mo6 S8 (Тс = 15 К). Среди сверхпроводников второго рода удалось найти соединения, спо- собные нести токи большой плотности и выдерживать гигантские магнит- ные поля. И хотя для их практического использования пришлось решить ряд непростых технологических проблем (эти вещества были хрупкими, большие токи оказывались неустойчивыми и т. п.), факт оставался фак- 'А. А. Абрикосов (родился в 1928 г.) — российский физик-теоретик, ученик Л. Д. Ландау, специалист по физике твердого тела. -Следует оговориться, что подобное утверждение, строго говоря, справедливо лишь для образцов цилиндрической формы при приложении поля вдоль оси цилиндра. В случае бо- лее сложной формы образца или другой ориентации не слишком слабого магнитного поля возможна реализация так называемого промежуточного состояния, при котором макроско- пические слои сверхпроводящей фазы чередуются в объеме образца с нормальными слоями. 204 Глава 23. Страсти по сверхпроводимости... том — одно из двух основных препятствий на пути широкого использова- ния сверхпроводников в технике было преодолено. Хуже обстояло дело с повышением критической температуры. Если критические магнитные поля к шестидесятым годам удалось увеличить по сравнению с первыми опытами Камерлинг-Оннеса в тысячи раз, то рост критической температуры не вселял особого оптимизма — она достигала лишь 20 Кельвинов. Таким образом, для нормальной работы" сверхпро- водящих устройств все так же требовался дорогой жидкий гелий. И это было особенно обидно, поскольку как раз в это время обнаружили прин- ципиально новый квантовый эффект — эффект Джозефсона, открывший сверхпроводникам обширное поле применения в микроэлектронике, меди- цине, измерительной и компьютерной технике. Проблема повышения критической температуры встала необычайно остро. Теоретические оценки предельно возможных ее значений пока- зывали: в рамках обычной, фононной сверхпроводимости (т. е. сверх- проводимости, обусловленной притяжением электронов друг к дру- гу вследствие взаимодействия с решеткой) эта температура не долж- на была превышать 40 К. Однако обнаружение сверхпроводника и с такой критической температурой стало бы огромным достижени- ем, так как можно было бы перейти на охлаждение сравнительно дешевым и доступным жидким водородом (его температура кипения 20 К). Это открыло бы весьма важную эпоху «среднетемператур- ной» сверхпроводимости, и здесь начались активные поиски совер- шенствования существующих и создания новых сверхпроводящих спла- вов традиционными материаловедческими методами. Голубой же ме- чтой оставалось создание сверхпроводника с критической температурой 100 Кельвинов (а еще лучше — выше комнатной), который можно бы- ло бы охлаждать дешевым и широко используемым в технике жидким азотом. Лучшим результатом этих поисков стал сплав с критической темпера- турой 23,2 К — рекорд был достигнут в 1973 году и продержался долгих тринадцать лет, вплоть до 1986 года критическую температуру не удалось повысить ни на один градус. Складывалось впечатление, что фононный механизм сверхпроводимо- сти исчерпал свои возможности. В этой связи еще в 1964 году амери- канским физиком Литтлом и В. Л. Гинзбургом были высказаны такие идеи: раз ограничением возможности повышения критической температу- ры является сама природа фононного механизма сверхпроводимости, то следует каким-то способом изменить этот механизм притяжения электро- нов, т. е. заставить электроны образовывать куперовские пары с помощью не фононного, а какого-то другого притяжения. 205 На протяжении последних двадцати лет выдвигалось множество но- вых теорий, детально исследовались десятки, а то и сотни тысяч самых необычных веществ. В первой же работе Литтла внимание эксперимента- торов привлекли так называемые квазиодномерные соединения — длинные молекулярные проводящие цепи с боковыми отростками. Как следовало из теоретических оценок, здесь можно было ожидать заметного повышения критической температуры. Однако, несмотря на усилия многих лабора- торий мира, синтезировать такие сверхпроводники не удалось. И все же на этом пути физики и химики совершили немало удивительных открытий: были получены органические металлы, а в 1980 году впервые синтезирова- ны и органические сверхпроводники (рекордная критическая температура органических соединений на сегодня — более 10 К). Удалось получить двумерные «сэндвичи»: «металл — полупроводник», а также слоистые сверхпроводники и, наконец, магнитные сверхпроводники — в них мирно сосуществуют сверхпроводимость и магнетизм, который, согласно совсем еще недавним представлениям, полностью ей антагонистичен. Но реальных указаний на высокотемпературную сверхпроводимость так и не было. В середине семидесятых годов среди многочисленных кандидатов в высокотемпературные сверхпроводники мелькнули и некие диковинные керамические соединения типа РЬ—Ва—О. Они, будучи при комнатных температурах по своим электрическим свойствам посредственными про- водниками, не слишком далеко от абсолютного нуля переходили в сверх- проводящее состояние. Конечно, «не слишком далеко» — это все же на добрый десяток градусов ниже рекордного по тем временам значения. Од- нако фокус состоял в том, что новое соединение и металлом-то можно было называть с большой натяжкой. Согласно имеющимся в то время теоретическим представлениям, достигнутая в керамиках величина крити- ческой температуры оказывалась не малой, а поразительно большой для таких веществ. Это обстоятельство и привлекло внимание к керамикам как к воз- можным кандидатам в высокотемпературные сверхпроводники. Мюллер и Беднорц, начиная с 1983 года, подобно средневековым алхимикам, во- зились с сотнями различных окислов, варьируя их состав, количество, режимы синтеза. По рассказам самого Мюллера, они руководствовались некоторыми физическими соображениями, которые, похоже, сегодня на- ходят свое подтверждение в результате сложнейших экспериментальных исследований новых веществ. На этом непростом пути в конце 1985 года они и подобрались, наконец, к соединению бария, лантана, меди и кисло- рода, которое при измерениях проявило признаки сверхпроводимости при 35 Кельвинах.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «В поисках высоких критических параметров» з дисципліни «Дивовижна фізика»
