Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Научные статьи
Начало сайта / Научные статьи

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Вода знакомая и загадочная

Грюндеры и грюндерство

Квантовый мир

Пионеры атомного века

Ум хорошо...

Физики продолжают шутить

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

«Сверхпроводимость и сверхтекучесть» – новая книга по физике

Леонид Максимов, член-корреспондент РАН

Недавно в издательстве SciencePG (NY) вышла книга:
Boris V. Vasiliev. «Superconductivity and Superfluidity».

Основное содержание этой книги сводится к следующим положениям:

1. Доминирующая сейчас теория БКШ базируется на фононном механизме. Стимулом для разработки её послужило открытие изотоп-эффекта, поскольку было замечено, что у этого эффекта (для некоторых сверхпроводников) оказалась та же зависимость от массы изотопа, что и у граничной частоты фононного спектра.

Позже было экспериментально обнаружено, что замена изотопа ведёт к изменению межатомных расстояний в решетке, к изменению плотности электронного газа и его энергии Ферми, так как оказалось, что нулевые колебания ионов в решётке ангармоничны.

Во время создания БКШ это известно не было.

2. В металле электроны проводимости находятся в некоторой потенциальной яме. Нужно подействовать фотонами или нагревом, чтобы вытащить их из ямы. Наинизший уровень в яме – это уровень нулевых колебаний. Квантовая механика обязывает частицы на низшем уровне совершать эти колебания. При достаточно низкой температуре все бозоны (пары электронов, которые спарились за счёт какого-то (неважно какого) механизма) собираются на низшем уровне и все имеют одну и ту же энергию. То есть одинаковые частоты и амплитуды нулевых колебаний. Но пары при одной и той же энергии могут иметь разные фазы и ориентацию (поляризацию) нулевых колебаний и будут описываться разными волновыми функциями.

3. В силу того, что колеблются заряженные частицы, между ними существует взаимодействие. При достаточно низкой температуре это взаимодействие приводит к некой упорядоченной структуре нулевых колебаний, при которой происходит понижение их энергии за счёт их взаимного притяжения. В результате притяжения образуется сверхпроводящий конденсат, который не рассеивается на дефектах, если энергия рассеяния меньше энергии притяжения.

4. Расчёты показывают, что отношение критической температуры образования такого конденсата в сверхпроводниках 1-го рода к температуре Ферми:

Tc / TF ≈ 5πα3 ≈ 6·10–6(1)

(здесь α – постоянная тонкой структуры).

Для сверхпроводников 2-го рода необходимо сделать ещё одно допущение, и тогда они тоже хорошо описываются подобной формулой. Высокотемпературные сверхпроводники могут быть как 1-го рода, так и 2-го рода.

Эти результаты хорошо согласуются с измерениями (рис. 1).

Сравнение вычисленных значений критических температур сверхпроводников с данными измерений

Рис. 1. Сравнение вычисленных значений критических температур сверхпроводников с данными измерений

Критическое магнитное поле в этой модели – это то поле, которое разрушает когерентность нулевых колебаний частиц конденсата. Это тоже хорошо согласуется с измерениями (рис. 2).

Сравнение вычисленной энергии сверхпроводящей пары в критическом магнитном поле с измеренным значением величины щели в сверхпроводниках

Рис. 2. Сравнение вычисленной энергии сверхпроводящей пары в критическом магнитном поле с измеренным значением величины щели в сверхпроводниках

Здесь уместно подчеркнуть, что в теории БКШ вообще нет работоспособной формулы, определяющей критические параметры конкретных сверхпроводников.

5. Нулевые колебания оболочек нейтральных атомов в s-состоянии рассмотрел Ф. Лондон (в 1937 г.). Он показал, что атомы гелия упорядочивают колебания своих оболочек примерно при 4 К. Это упорядочение энергетически выгодно, так как при этом между атомами возникает притяжение. Он не обратил внимания на то, что при этой температуре упорядочивается только одна мода колебаний. Но и этого достаточно, чтобы ожижить гелий, так как в газе нейтральных бозонов нет отталкивания. Полное упорядочение колебаний происходит при в 2 раза меньшей температуре. Расчёт показывает, что температура полного упорядочения нулевых колебаний зависит только от мировых констант:

\[{T_0} = \frac{1}{3}\frac{{{M_4}{c^2}{\alpha ^6}}}{k} \approx 2,1778K\](2)

Это очень хорошо согласуется с измеренным значением температуры сверхтекучего перехода Tλ = 2,1768K.

Так же при этом появляется возможность вычислить плотность сверхтекучего конденсата в жидком гелии. Оказывается, что плотность частиц в конденсате, также как и T0, зависит только от отношения мировых констант:

\[{n_0} = \frac{{{\alpha ^2}}}{{a_B^3}}\sqrt {\frac{{{M_4}}}{{2{m_e}}},} \](3)

здесь aB – радиус Бора.

Так как при низкой температуре в конденсат переходят все атомы гелия, то отсюда можно вычислить плотность жидкого гелия:

γ4 = n0M4 ≈ 0,1443 г/см3,(4)

что хорошо согласуется с измеренной плотностью жидкого гелия равной 0,145 г/см3.

Уместно подчеркнуть, что вышеприведённые формулы получены из рассмотрения механизма упорядочения нулевых колебаний и ранее известны не были.

На основании согласия полученных формул с данными измерений автор делает вывод о том, что и сверхпроводимость, и сверхтекучесть являются следствием работы одного и того же механизма – оба этих родственных явления возникают в результате упорядочения нулевых колебаний.

Таково основное содержание книги Б. Васильева. Полагаю, что физикам нашей страны будет интересно её прочесть, поскольку в ней представлено новое оригинальное объяснение явлений сверхпроводимости и сверхтекучести. С этой новой теорией можно соглашаться или не соглашаться, но её обсуждение будет полезным для развития понимания этих явлений.

 

Об авторе:

Леонид Александрович Максимов, член-корреспондент РАН. Главный научный сотрудник Института сверхпроводимости и физики твёрдого тела Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».

Дата публикации:

18 сентября 2015 года

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика