Проклятые вопросы
Шрифт:
В этом же году Ф. Стеглич и его сотрудники сообщили, что керамика, состоящая из окислов меди, кремния и церия, превращается в сверхпроводник при очень низкой температуре, равной 0,5К. Они показали, что в этой керамике электроны становятся квазичастицами с необычно большой массой, на два порядка превышающей массу свободного электрона.
Прошло пять лет, и к 1984 году Клод Мишель и Бернар Рави исследовали керамику (на основе окислов бария, лантана и меди) на её способность проводить ток от гелиевых температур до азотных и не обнаружили в ней сверхпроводимости. Только после открытия Беднорца и Мюллера стала ясна причина неудачи:
Так это началось. Началось покорение высокотемпературной сверхпроводимости.
Вскоре оказалось, что соединения двух металлов, один из которых уран, а второй бериллий или платина, тоже становятся сверхпроводниками за счёт превращения части электронов в сверхтяжёлые квазичастицы. Но осталось неизвестным, как эти квазичастицы взаимодействуют при появлении сверхпроводимости.
Затем были обнаружены удивительные сверхпроводники с очень малой концентрацией свободных электронов.
Фурор произвело обнаружение предсказанных Гинзбургом и Литтлом тонких сверхпроводящих полимерных плёнок и волокон. Сперва это были плёнки и волокна из неорганических материалов, а затем плёнки и волокна из органических соединений.
Правда, все они становились сверхпроводниками при очень низких температурах.
Так происходило новое постепенное проникновение учёных в страну сверхпроводимости. При этом выяснилось, что далеко не все эксперименты могли быть объяснены на основе существующей теории сверхпроводимости, основанной на спаривании электронов, обменивающихся фононами при движении внутри решётки кристаллов.
Наконец наступил 1986 год, когда Беднорц и Мюллер обнаружили, что керамика из окислов меди, лантана и бария становится сверхпроводящей при неожиданно высокой температуре: 40 K.
Эта керамика была подобна той, в которой сотрудники ИОНХ обнаружили металлическую электропроводность.
Можно представить себе, как они теперь сожалеют, что не продолжили свои исследования в области более низкой температуры. Ведь они упустили Нобелевскую премию, которую получили Беднорц и Мюллер за беспримерный скачок к высокотемпературной сверхпроводимости.
Появление журнала со статьей Беднорца и Мюллера вызвало не только интерес, но настоящий шквал экспериментов и теоретических соображений.
Ведь изготовление керамик не требует ни дорогого сырья, ни сложной аппаратуры. Уже известен десяток методов, некоторыми из них может воспользоваться даже школьник. Нужно лишь, чтобы в химической лаборатории были соответствующие окислы или такие соединения (например, нитраты или карбонаты), из которых могут быть получены эти окислы.
Нужна и обычная муфельная печь, ибо обжиг проходит при температурах около 1000 °C (от 900 °C до 1100°). И конечно, нужна возможность работать с жидким азотом (жидкий гелий слишком дорог для применения в школах).
В начале 1987 года группы исследователей из Токийского университета, из трёх лабораторий в США и Института физики АН КНР сообщили о том, что и они тоже получили керамики, сверхпроводящие при температуре 40 К.
Напомним, что первая научная конференция, обсуждавшая в США перспективы высокотемпературной сверхпроводимости, собрала массу учёных. Зал на 1140 мест был заполнен через несколько минут после того,
Зал наполнился громом аплодисментов, когда председательствующий представил аудитории Карла Алекса Мюллера из лаборатории ИБМ в Цюрихе, Соджи Танаку из университета Токио, Пауля С. В. Чу из университета Хьюстона, Жонгксиана Жао из Института физики в Пекине и Бертрана Батлокга из лаборатории Белл фирмы АТТ, сказав: «Леди и джентльмены, это некоторые из людей, которые дали толчок этому делу».
Сотни физиков слушали доклады и сообщения, стоя в проходах и наблюдая за происходящим в зале на экранах телевизоров, установленных в фойе и коридорах. Каждому докладчику предоставлялось лишь по пять минут для выступления. Сотни участников заседания оставались в зале до трёх часов ночи, когда председательствующий объявил о закрытии заседания. Но и после этого многие оставались в зале. Мы уже писали, что обсуждение прекратилось только в 6 часов утра следующего дня, когда служащие отеля начали уборку зала.
Нечто подобное вскоре повторилось в Москве, а затем в Токио, где состоялась международная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости.
Теперь, когда пишутся эти строки, керамики, сверхпроводящие при температуре жидкого азота и при температуре лишь на несколько десятков градусов ниже 0 °C, получают во многих лабораториях.
Несмотря на то что большинство из них не всегда удаётся воспроизвести, из них уже делают сверхпроводящие плёнки и сверхпроводящие проволоки. Последнее, конечно, потребовало высокого экспериментального искусства.
Учёные семимильными шагами движутся по стране сверхпроводимости, чтобы превратить в реальность, ставшую столь близкой, заманчивую мечту о сверхпроводящих материалах, работающих при комнатной температуре и выдерживающих действие больших магнитных полей.
Теперь в работу включились инженеры и технологи. Ведь без остроумия инженеров и искусства технологов нельзя думать о том, что сверхпроводящие керамики можно в промышленных масштабах, без чрезмерных затрат, превращать в элементы электронных вычислительных машин. Машин, обладающих огромным быстродействием и недостижимыми сейчас объёмами памяти, из которой можно очень быстро извлекать требуемую информацию. Без инженеров и технологов невозможно наладить производство сверхпроводящих кабелей, способных передавать на большие расстояния энергию, вырабатываемую турбинами современных гидроэлектростанций, тепловых электростанций, расположенных около крупных угольных разрезов далеко от промышленных районов. Эти кабели позволят строить атомные электростанции в удалённых малонаселённых местах, располагать в южных пустынях солнечные электростанции, использовать энергию ветра и морских волн и энергию приливов там, где они особенно велики.
Катушки с намотанными на них сверхпроводящими проволоками станут эффективными накопителями электроэнергии, запасающими её в дневное время от солнечных электростанций и возвращающими в электрические сети по ночам. Или накопителями энергии ветра, когда он дует, и отдающими её в безветренное время.
Промышленность уже включилась в освоение новых высокотемпературных сверхпроводников. Но это не значит, что физики исчерпали проблему.
Ведь до сих пор физики-экспериментаторы ставят опыты интуитивно, основываясь на аналогиях, идут извилистым и трудоёмким путём проб и ошибок.