Штурм абсолютного нуля
Шрифт:
| Осмий | К | Т |
| 0,65 | 0,006 | |
| Протактиний | 1,3 | — |
| Рений | 1,7 | 0,02 |
Следующий
| К | Т | |
| Ртуть | 4,15 | 0,04 |
| 3,95 | 0,03 |
Замыкают нашу «колонну»:
| К | Т | |
| Рутений | 0,5 | 0,007 |
| Свинец | 7,2 | 0,08 |
| Таллий | 2,39 | 0,002 |
| Тантал | 4,49 | 0,08 |
| Технеций | 7,8 | 0,14 |
| Титан | 0,39 | 0,01 |
| Торий | 1,37 | 0,016 |
| Уран | 0,2 | – |
| Цинк | 0,9 | 0,005 |
| Цирконий | 0,55 | 0,0047 |
У читателя, впервые ознакомившегося со списком сверхпроводящих элементов, может мелькнуть мысль, что в нем кое-что пропущено.
Действительно, где такой элемент, как серебро, удельное сопротивление которого меньше, чем у всех других веществ? А где медь, которая благодаря своему низкому электрическому сопротивлению является прекрасным материалом для электрических проводов? А золото?..
Но увы! По данным, которыми располагают ученые сегодня, ни серебро, ни медь, ни золото, ни некоторые другие металлы и сплавы, являющиеся хорошими проводниками при комнатной температуре, никаких признаков сверхпроводимости не проявляют даже при охлаждении до сколь угодно низкой, доступной нам температуры.
Кроме рассмотренных элементов, существуют и другие, более «привередливые» сверхпроводники. Им низкой температуры мало! Для перевода в сверхпроводящее состояние одновременно с охлаждением их необходимо подвергнуть давлению. К таким сверхпроводникам относятся, например, германий и кремний.
В 1933 году ученый мир потрясло открытие в области сверхпроводимости, сделанное берлинскими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфель- дом, получившее название эффекта Мейснера.
Чтобы понять сущность эффекта Мейснера, вспомним, что обычный металл, находящийся в магнитном поле, пронизывается силовыми линиями магнитного поля.
Иная картина наблюдается
Эффект Мейснера: 1 — при температуре выше критической магнитные силовые линии пронизывают толщу сверхпроводника; 2 — при температуре ниже критической магнитные силовые линии выталкиваются из толщи сверхпроводника.
Изучая эффект Мейснера, следует обратить внимание на то, что магнитная индукция равна нулю именно в толще сверхпроводника. В его поверхностном слое толщиной от 10 до 100 нанометров (один нанометр равен одной миллиардной доли метра) возникает постоянный электрический ток, текущий без сопротивления.
Собственное магнитное поле тока, текущего в поверхностном слое сверхпроводника, противоположно внешнему магнитному полю. Происходит полная компенсация, что приводит к нулевому значению индукции поля в толще сверхпроводника.
Представьте себе сверхпроводящую свинцовую чашу с жидким гелием.
Магнитик парит над сверхпроводящей чашей, подобно гробу Магомета из старинного предания.
Вы опускаете в чашу закрепленный на цепочке небольшой брусковый магнит.
Ниже… Еще ниже. Постепенно словно какая-то неведомая сила подхватывает магнитик, и он уже самостоятельно «парит» над чашей.
В чем причина этого явления?
Магнитное поле магнитика индуцирует незатухающий ток на поверхности сверхпроводящей свинцовой чаши, который в свою очередь возбуждает магнитное поле. По закону Ленца это поле стремится оттолкнуть магнитик. Когда сила отталкивания сравнивается с силой тяжести, магнитик начинает парить в воздухе.
Этот остроумный эксперимент, впервые в мире проведенный в 1945 году профессором Московского государственного университета Владимиром Константиновичем Аркадьевым, получил шуточное название «гроб Магомета», по аналогии со старинной легендой о гробе Магомета, который парил в воздухе без всякого подвеса.
Впрочем, настоящий гроб Магомета вряд ли мог парить над сверхпроводящей свинцовой чашей, каких бы она ни была размеров. Чем больше вес магнита, тем более сильное магнитное поле должно его удерживать, а читатель уже знает, что существует критическая величина напряженности магнитного поля, при которой сверхпроводимость разрушается, и эта величина для свинца достаточно мала.
Сверхпроводящее кольцо, по которому протекает незатухающий ток, оказалось «заколдованным кругом». Увеличение тока развеивало «чары» сверхпроводимости.
Это было очень досадно, и исследователи продолжали «колдовать» над сверхпроводимостью.
В начале 30–х годов иностранным ученым, работающим в области низких температур, стало известно, что наряду с такими центрами криогенной техники, как Лейден, Кембридж, Берлин, существует и… Харьков.
Здесь в марте 1931 года при Украинском физико — техническом институте по инициативе и с участием его директора, выдающегося советского физика, впоследствии академика, Ивана Васильевича Обреимова, была организована первая в Советском Союзе специализированная криогенная лаборатория.