Глава 12
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

В 1911 году Каммерлинг-Оннес обнаружил явление, которое заключалось в обращении в нуль сопротивления образца при очень низких температурах. Оно получило название сверхпроводимости. В эксперименте Камерлинг-Оннеса со ртутью (Hg) ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ сопротивление R падало, обращаясь практически в нуль, не постепенно, а скачком в интервале температур, составлявшем несколько сотых долей градуса (рис. 12.1). Температура, при которой образец переходил в сверхпроводящее состояние, − критическая температура T_c, для ртути составила около 4,2 К. В 1914 году Камерлинг-Оннес установил, что ток, возбужденный однажды в замкнутом сверхпроводящем контуре, практически не ослабевает со временем. Несколько позже он наглядно продемонстрировал это, перевезя сверхпроводящее кольцо с текущим по нему током из голландского города Лейдена в английский Кембридж.

В дальнейшем способность переходить в состояние с нулевым сопротивлением была обнаружена как в чистых металлах (табл. 12.1), так и в металлических соединениях, полупроводниках и оксидах. Самой высокой критической температурой среди чистых веществ обладает ниобий (T_c = 9,5 K), а наиболее низкой − иридий (T_c = 0,14 K).

До 1986 года наиболее высокотемпературным сверхпроводником считался Nb₃Ge с температурой перехода в сверхпроводящее состояние . В настоящее время установлено, что самые высокие температуры, при которых имеет место эффект сверхпроводимости, наблюдаются именно в сплавах и соединениях, например, в системе Tl-Ba-Ca-Cu-O при определенном составе оксида такой переход наблюдается при 125 K.

 

Таблица 12.1

Значения критической температуры для некоторых металлов

 

Сразу после открытия сверхпроводимости сам по себе факт уменьшения сопротивления при близких к абсолютному нулю температурах не казался ученым неожиданным. Не поддавалось объяснению скачкообразное исчезновение сопротивления. Не было никакого теоретического подхода, способного дать толкование этого факта, поэтому явление сверхпроводимости почти полвека оставалось загадкой. Только в 1957 году американскими учеными Бардином, Купером и Шриффером была создана микроскопическая теория сверхпроводимости (БКШ), за что эти ученые были удостоены звания Нобелевских лауреатов (см. приложение В).

 

Рис. 12.1. Вид зависимости сопротивления ртути от температуры в опыте Камерлинг-Оннеса

 

Многочисленные экспериментальные данные получили, наконец, объяснение. В настоящее время продолжается интенсивная работа по изучению сверхпроводящего состояния вещества. Возникла новая область техники − прикладная сверхпроводимость. Идеи теории сверхпроводимости нашли приложение и в других областях физики, например физики атомного ядра и астрофизики. Дальнейшее развитие физики показало, что явления, наблюдаемые вблизи абсолютного нуля температур, могут быть объяснены только на основе квантовомеханических представлений, более того, сверхпроводимость и сверхтекучесть вещества являются, пожалуй, единственными примерами состояния вещества, в которых наиболее ярко в макроскопическом масштабе проявляются квантовые закономерности [70].