Переводы и упражнения / 15A

Status of theoretical understanding

While scientists know the (1) chemical composition of the new class of superconductors, they (2) are less certain about how they work. True, a theory exists that explains low-temperature superconductivity. It is known as BCS from the initials of the authors John Bardeen and his colleagues Leon Cooper and Robert Schrieffer, who shared the 1972 Nobel Prize for physics for their effort.

In the microscopic theory of Bardeen–Cooper–Schrieffer, the presence of (3) a net attractive interaction between conduction electrons, which would normally repel each other because of their (4) like electrical charges, (5) is essential to the occurrence of super­conductivity. In conventional superconductors this (6) attraction originates in the dynamical motion of the crystal lattice which leads to unattractive "electron–photon–electron" inter­action. But the recent appearance of superconductivity in a class of materials quite different from the conventional superconductors, and with extremely high transition temperatures as well, has led physicists to explore a very wide spectrum of possible new (7) pairing mechanisms involving, for example, spin fluctuations, acoustic plasmons and excitonic processes.

The principle origin of the pairing "glue" (8) remains an open and to some extent crucial question. There is a wide range of theoretical possibilities and (9) the ultimate explanation may involve a combination of mechanisms. Indeed, some theorists (10) have discarded conventional BCS-theory and have suggested that there may not even be the traditional close relationship between (11) energy gaps and basic superconducting properties. It may take a considerable effort (12) to fully unravel the secrets of these compounds. Typical of the questions currently under active consideration are the role played by oxygen, the nature and scope of dynamical mechanisms and resulting electron pairing, whether this coupling is weak or strong, and whether the anisotropic nature of the materials is a truly important feature. The appearance of superconducting coherence lengths one or two orders of magnitude smaller than those previously encountered, the very low carrier concentrations, and the apparent importance of both copper and oxygen will probably require (14) a considerable extension of our current understanding of superconductivity. The fact that the superconducting interaction mechanism in the new materials is likely to be very different certainly (13) enhances the prospect that other high-temperature superconducting materials (HTSC) may be discovered.

1) Химический состав;

2) менее уверены;

3) суммарное взаимодействие притяжения;

4) сходные заряды;

5) существенно важно для возникновения;

6) притяжение зарождается;

7) механизм образования пар;

8) вопрос остаётся открытым и до некоторой степени критическим;

9) окончательное объяснение;

10) “развенчали” общепринятую теорию;

11) энергетические зоны;

12) полностью раскрыть секреты;

13) усиливать перспективу того, что…;

14) значительное расширение нашего современного представления

Позиция теоретического представления

В то время как учёные знают химический состав нового класса сверхпроводников, они менее уверены в том, как они работают. Правда, существует теория, которая объясняет сверхпроводимость при низкой температуре. Она известна как БКШ – по инициалам авторов Джона Бардина и его коллег Леона Купера и Роберта Шриффера, которые поделили Нобелевскую премию 1972 года по физике за свою работу.

В микроскопической теории Бардина–Купера–Шриффера присутствие суммарного взаимодействия притяжения между электронами проводимости, которые бы в норме отталкивались друг от друга из-за сходных электрических зарядов, существенно важно для возникновения сверхпроводимости. В обычных сверхпроводниках это притяжение зарождается в динамическом движении кристаллической решётки, что приводит к "электрон-фотон-электронному" взаимодействию без притяжения. Однако недавнее появление сверхпроводимости в классе материалов, полностью отличающихся от обычных сверхпроводников, а также с чрезвычайно высокими температурами перехода, принудило физиков исследовать очень широкий спектр возможных новых механизмов парообразования, включая, например, спиновые флуктуации, акустические плазмоны и процессы возбуждения.

Принципиальное происхождение парообразующего "клея" остаётся открытым и до некоторой степени критическим вопросом. Существует широкий диапазон теоретических возможностей, и окончательное объяснение может затрагивать (включать) комбинацию механизмов. Действительно, некоторые теоретики “развенчали” общепринятую BCS-теорию и предположили, что, возможно, даже нет традиционной тесной связи между энергетическими зонами и основными свойствами сверхпроводимости. Могут потребоваться значительные усилия для того, чтобы полностью раскрыть секреты этих составов. Типичными вопросами, которые активно рассматриваются в настоящее время, являются роли кислорода, природы и величины динамических механизмов и получающегося в результате электронной пары, – слабо ли или сильнó сцепление, и является ли анизотропная природа материалов действительно важной особенностью. Появление сверхпроводящих длин когерентности на один или два порядка величины меньше, чем длины, с которыми сталкивались ранее, очень низкие концентрации носителей, и очевидная важность меди и кислорода одновременно потребуют, вероятно, значительного расширения нашего представления о сверхпроводимости. Тот факт, что сверхпроводящий механизм взаимодействия в новых материалах, вероятно, будет очень отличаться, конечно, увеличивает перспективу того, что могут быть обнаружены другие высокотемпературные сверхпроводящие материалы.

HomeWork

№1

In 1987, each new report of achieving superconductivity at a higher temperature was received with excitement by the physics community. By summer, claimed records were approaching room temperatures, but enthusiasm was cooling. In December, signs of superconductivity above the boiling point of water (373 K) were reported. However, most observers were sсeptical about this claim, reflecting growing doubts that the existence of superconductivity above 100 К has been proved.

During the second half of the year, about 20 research groups reported evidence for superconductivity above 100 K. However, at the Boston meeting, Paul Chu, the researcher from the University of Houston, who made the first superconductor at 90 K, said higher-temperature observations were "unstable superconducting anomalies", rather than convincing results. He stressed that reports of high-temperature superconductivity should meet four criteria: zero resistance; demonstration of the Meissner effect (the exclusion of magnetic fields from a superconductor); stability; and reproducibility. Although he said that there was "no clear evidence to exclude" the possibility of superconductivity well above 100 K, Chu believes that the highest reported temperatures for superconductivity which meet all four criteria are in the 90 to 100 К range.

В 1987 г. каждое новое сообщение о достижении сверхпроводимости при более высокой температуре принималось сообществом физиков с волнением. К лету заявленные рекорды приближались к комнатным температурам, однако энтузиазм остывал. В декабре сообщили о признаках сверхпроводимости выше точки кипения воды (373 K). Как бы то ни было, но большинство наблюдателей скептически отнеслись к этому заявлению, выражая растущие сомнения в том, что было доказано существование сверхпроводимости выше 100 К.

В течение второй половины года приблизительно 20 исследовательских групп сообщили о подтверждении сверхпроводимости выше 100 K. Однако на Бостонской встрече Пол Чу, исследователь из Хьюстонского университета, который сделал первый сверхпроводник при 90 K, сказал, что наблюдения при более высоких температурах были "неустойчивыми сверхпроводящими аномалиями", а не убедительными результатами. Он подчеркнул, что сообщения о высокотемпературной сверхпроводимости должны удовлетворять четырём критериям: нулевое сопротивление; демонстрация эффекта Мейснера (вытеснение магнитных полей из сверхпроводника); устойчивость и воспроиз­водимость. Хотя он сказал, что не было "никакого явного свидетельства для исключения" возможности сверхпроводимости много больше 100 K, Чу полагает, что самые высокие сообщённые температуры про сверх­проводи­мость, которые соответ­ствуют всем четырём критериям, находятся в диапазоне 90 – 100 К.

№2

Высокотемпературная сверхпроводимость. – High-temperature Superconductivity

Недавнее открытие (1986) сверхпроводимости при температурах до 95 K является одним из наиболее важных научных событий последующего десятилетия. Вероятно, наиболее примечательной особенностью этого открытия является то, что оно было совершенно нео­жиданным.

Сверхпроводимость была открыта голландским (Dutch) учёным Камерлингом Оннесом (Kamerlingh Onnes) в 1911 году. Он обнару­жил, что сопротивление замороженной ртути внезапно исчезало при 4,2 K (–269 градусов Цельсия), т.е. при температуре, которую можно получить (accessible) только погружением (immersion) в жидкий гелий. В 1913 году Оннес также обнаружил, что слабые магнитные поля разрушали этот эффект, и металл возвращался к своему обычному резистивному состоянию. Впоследствии было найдено, что другие металлы, такие, как олово (tin) и свинец (lead) являются сверхпроводниками при таких же низких температурах. Люди сразу же начали придумывать, как применить сверхпроводники (to invent applications for...), например, для уменьшения потерь на линиях электропередач (electric power systems).

The recent discovery of superconductivity at temperatures up to 95 K is one of the most important scientific events of future decade. Probably, the most remarkable feature of this discovery is that it has been absolutely unexpected.

Superconductivity was discovered by Dutch scientist Kamerlingh Onnes in 1911. He revealed (=found) that frozen mercury resistance suddenly disappeared at 4.2 K, that is at temperature which is accessible only by immersion into liquid helium. In 1913 Onnes also revealed that weak magnetic fields destroyed that effect and the metal returned its conventional (= ordinary) resistive state. Later other metals like tin and lead were found to be superconductors at the same low temperatures. People instantly began inventing applications for superconductors, for example, to decrease losses on electric power systems.