сверхпроводимость

История

В 1911 году Хейке Камерлинг-Оннес, охлаждая ртуть жидким гелием, обнаружил, что её электрическое сопротивление резко падает до нуля.

Как работает

При очень низкой температуре электроны в материале объединяются в куперовские пары (слаженные пары электронов), которые движутся согласованно, не теряя энергию при столкновениях с дефектами, — как команда гребцов, синхронно опускающих вёсла.

История

В 1911 году Хейке Камерлинг-Оннес, охлаждая ртуть жидким гелием, обнаружил, что её электрическое сопротивление резко падает до нуля.

Как работает

При очень низкой температуре электроны в материале объединяются в куперовские пары (слаженные пары электронов), которые движутся согласованно, не теряя энергию при столкновениях с дефектами, — как команда гребцов, синхронно опускающих вёсла.

История

Открыта Камерлинг-Оннесом в 1911 г. при изучении ртути при температуре 4,2 K. В 1933 г. Мейсснер и Оксенфельд обнаружили эффект выталкивания магнитного поля. В 1950 г. Гинзбург и Ландау предложили феноменологическую теорию. В 1957 г. Бардин, Купер и Шрифтер создали микроскопическую теорию БКШ. В 1986 г. Беднорц и Мюллер открыли высокотемпературные сверхпроводники. Фундамент квантовой механики, лежащий в основе, заложили Шрёдингер (волновая механика), Паули (принцип запрета) и Дирак (уравнение для фермионов).

Как работает

Согласно БКШ, электроны у поверхности Ферми притягиваются друг к другу за счёт обмена фононами — квантами колебаний кристаллической решётки. Возникают пары с противоположными импульсами и спинами; суммарный спин пары — ноль, поэтому она ведёт себя как бозон. Множество таких пар образуют конденсат Бозе — Эйнштейна. Коллективное состояние защищено энергетической щелью: чтобы разрушить пару, требуется энергия, превышающая ширину щели, поэтому низкоэнергетические столкновения не нарушают сверхпроводящий ток. Принцип Паули действует для отдельных электронов, а пары подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна.

Открытые проблемы и интересные факты

Механизм высокотемпературной сверхпроводимости в купратах; Получение сверхпроводников, работающих при комнатной температуре; Описание нетрадиционных сверхпроводников (на основе железа, топологических); Природа псевдощелевой фазы

💡 При нормальном давлении рекорд критической температуры долго удерживал HgBaCaCuO с Tc ≈ 133 K; с повышением давления достигнуто 164 K. В 2020 году объявлено о сверхпроводимости в сероводороде при давлении в миллионы атмосфер и температуре −70°C.