.jpeg)
В чем суть революционного открытия? Сверхпроводимость сама по себе имеет давнюю историю. Все началось в 1908 году, когда голландский физик Камерлинг-Оннес сумел получить жидкий гелий - газ, упорно сопротивлявшийся попыткам ученых перевести его в жидкость. Но при температуре адского холода в 4,2 Кельвина (это –269 градусов Цельсия), то есть почти при абсолютном нуле, гелий все же сдался. Будучи единственным на Земле обладателем этой жидкости, Камерлинг-Оннес немедленно начал проводить с ней самые различные эксперименты. И уже в 1911 году сделал удивительное, поистине феноменальное открытие - погруженная в жидкий гелий ртуть полностью теряла электрическое сопротивление. Из точки А в точку Б, где бы ни находились эти точки, электрический ток по "проводам" из ртути в жидком гелии приходил без потерь, пишет sunhome.ru
Известие о новом свойстве было принято с энтузиазмом. Это неудивительно: при передаче электроэнергии на расстояния сейчас теряется значительное ее количество, в некоторых случаях до четверти и даже трети. И если бы удалось ликвидировать эти потери, а также разработать сверхэкономичные электрические устройства на сверхпроводниках, то вопрос дефицита энергии еще долго не стоял бы перед человечеством. Казалось бы, проблема была решена еще в 1911 оду. Принципиально - да, но практически лишь в некоторых весьма специфических случаях. Ведь передавать электрическую энергию по проводам из ртути, погруженной в жидкий гелий, невозможно. Именно это стало препятствием широкому распространению сверхпроводимости. Однако исследователи не оставили попыток найти открытию практическое применение.
Сотни ученых перебрали тысячи металлов, которые переходили бы в сверхпроводящее состояние при более высокой температуре - хотя бы уже не в жидком гелии, а в дешевом жидком азоте (с температурой кипения –77,4 °С). Очень долго ничего не выходило, удалось достигнуть температуры перехода лишь 23,2 К на соединении ниобия и германия. Выяснилось, что из таких соединений уже можно сделать проводник и лишить его сопротивления, погрузив в жидкий гелий. На знаменитом Большом адронном коллайдере под Женевой витки сверхпроводящих магнитов изготовлены из соединения ниобия и титана. Кстати, знаменитая авария 19 сентября прошлого года, из-за которой проект был временно приостановлен, произошла именно из-за выброса шести тонн жидкого гелия, охлаждающего магниты.
В 1986 году случилось второе великое открытие в области сверхпроводимости. Ученые Беднорц и Мюллер на базе цюрихской исследовательской лаборатории обнаружили, что у керамики - сложного соединения оксидов лантана, бария и меди - температура перехода в состояние сверхпроводимости составляет 30 К (–243 °С). Несмотря на небольшое превышение предыдущего рекорда, это была революция - сверхпроводящие свойства открыли не у металлов, а у керамики, которая традиционно считается диэлектриком. Тогда же было доказано, что сверхпроводящие свойства веществу придают слои оксида меди CuO. Уже в следующем году Беднорц и Мюллер получили за свое открытие Нобелевскую премию, что само по себе уникально. Обычно такие награды дают ой как не сразу! Тут стоит заметить, что еще в 1978 году аналогичные оксиды были синтезированы в СССР, причем наши исследователи догадались испытать их на электрическую проводимость, но довели дело только до температуры жидкого азота и сверхпроводимости не нашли. Говорят, что жидкого гелия у них просто не было…
Дальше сверхпроводники посыпались, как из керамической сахарницы. Уже в 1987 году был преодолен "азотный" барьер, и вскоре на прилавках появились школьные наборы для демонстрации высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Собственно говоря, именно тогда и возник этот термин. А сам опыт очень красив - кусочек металла парит в воздухе над сверхпроводником, погруженным в жидкий азот. Этот эффект Мейснера (левитации) объясняется особыми свойствами ВТСП и назван "гробом Мухаммеда" - по преданию, гроб с телом мусульманского пророка висел в воздухе без поддержки. Так даже школьники могли познакомиться с экзотическими способами использования сверхпроводников - например, поезда на сверхпроводящих магнитах в состоянии буквально летать над землей, как Гарри Поттер во время игры в квиддич, и даже метла этим поездам не потребуется.
В 1988 году сначала было получено соединение с температурой повыше: 108 К, затем и 125 К. Лет пятнадцать назад российские ученые на соединениях ртути достигли сверхпроводимости при температуре 135 К, а при повышенном давлении даже 164 К. Последние успехи - на оксидах с добавками олова и индия достигнут новый результат: 212 К (–61 °С). Впрочем, эти данные носят предварительный характер, и вообще изготовить реальный провод не из металла довольно сложно.
Так почему же вызвали такой огромный интерес у научной общественности именно сверхпроводники на основе железа, открытые японскими учеными Иоити Камихарой, Такуми Ватанабэ и другими, синтезировавшими оксидное соединение LaO1-xFxFeAs, переходящее в сверхпроводящее состояние при температуре "всего" 26 К? Кстати, вскоре китайские исследователи Чжи Рэн, Вэй Лу и другие из Национальной лаборатории сверхпроводимости Института физики Китайской академии наук получили сверхпроводник SmO1-xFxFeAs, имевший температуру сверхпроводимости 55 К. Заменив элемент самарий на родственный ему гадолиний и введя в керамику элемент торий, специалисты физического факультета университета Ханчжоу довели температуру сверхпроводимости до 56 К. Великолепное достижение, но все равно это намного меньше, чем температура перехода у известных ВТСП. В чем же дело?
Прежде всего в том, что это первые некупратные сверхпроводники: в их составе нет меди (латинское название меди - Cuprum), а значит, это действительно совершенно новый класс сверхпроводящей керамики. Впрочем, не просто из-за отсутствия меди "железные" сверхпроводники вызвали такой огромный интерес ученых. Железо - ферромагнетик и обладает свойством самопроизвольно намагничиваться. Поэтому-то из него изготавливают школьные и огромные промышленные магниты. При протекании тока по сверхпроводнику, как известно из той же школьной программы, возникает магнитное поле и железо намагничивается. Однако магнетизм и сверхпроводимость "не дружат", и при некотором значении напряженности поля сверхпроводимость исчезает. Так что при обычном давлении железо никогда не становится сверхпроводником - заставить железо перестать сопротивляться току удается только при давлении около 15 тысяч атмосфер. А у новых веществ сверхпроводимость почему-то не исчезает: вот это и открывает широкие перспективы. "Природу высокотемпературной проводимости мы до сих пор до конца не понимаем, - говорит главный научный сотрудник Института химической физики имени Н. Н. Семенова Андрей Лундин. - И появление нового класса веществ позволит понять причины возникновения сверхпроводимости и вести направленный синтез необходимых соединений".
Кстати, несколько лет назад сверхпроводимость была обнаружена не у сложных смешанных оксидов, а у вещества очень простого строения - диборида магния MgB2, причем температура сверхпроводимости была довольно велика: 39 К. Этот факт поразил исследователей, ведь диборид магния является обычным лабораторным веществом, его можно просто "снять с полки". Но вот в конце прошлого года снова китайские ученые, но уже с Тайваня (Фонг Су Чи и другие из Национального университета нового Китая), обнаружили сверхпроводящие свойства у совсем простого соединения железа FeSe (селенид железа). Больше того, выяснилось, что сверхпроводниками могут быть все соединения этого металла не только с селеном, но и с теллуром, серой и - страшно подумать! - просто с кислородом. Почему страшно? Скорее поразительно и даже отдает мистикой. Если сверхпроводимость будет обнаружена у оксидов железа, да еще и высокотемпературная, а вдруг и вообще при комнатной температуре, опять придется вспомнить про "гроб Мухаммеда". Ведь оксиды железа - это обычная железная руда, встречающаяся в количестве миллиардов тонн повсюду на нашей планете. Неужели все эти сказки основаны на каких-то реальных историях, связанных с естественной, природной сверхпроводимостью? Например, настоящий гроб Мухаммеда находится в Медине на Аравийском полуострове. Нет ли там месторождений сверхпроводящей железной руды?
E-NEWS.COM.UA
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
