14. Сверхпроводимость.

Зависимость сопротивления от температуры, оказывается, не всегда выража- ется формулой (2.4). Измеряя сопротивление проводников при очень низких темпе- ратурах, голландский физик Х. Камерлинг-Оннес в 1911 г. обнаружил явление, названное позднее сверхпроводимостью. Оказалось, что в некоторых случаях при достаточно низкой температуре сопротивление вещества скачком падает до нуля (табл. 2.1): Таблица 2.1 Значения температуры сверхпроводимости.

Вещество	Tсверхпров., К
Таллий	2,2
Кадмий	3,0
Олово	3,6
Ртуть	4,3
Свинец	7,3

Согласно современным представлениям, основной причиной сверхпроводимо- сти является образование связанных (куперовских) пар электронов, благодаря чему электронная жидкость приобретает свойство сверхтекучести. Пары образуются вследствие действия особых сил притяжения между электронами. Обычно это силы, связанные с колебаниями решетки. Кристаллическая решетка даже при абсолютном нуле температур находится в колебательном движении. Благодаря электростатиче- скому взаимодействию зарядов электрона и ионов решетки, в окрестности каждого электрона режим колебания решетки изменяется, что вызывает дополнительные си- лы, действующие на другой электрон. С точки зрения квантовой теории, эти силы появляются вследствие того, что электроны могут обмениваться фононами – кван- тами колебаний решетки. Эти силы всегда соответствуют притяжению и могут пре- вышать непосредственное кулоновское отталкивание электронов. Большая слож- ность взаимодействия частиц в реальных металлах не дает возможность заранее предсказать, в каких металлах можно ожидать преобладания притяжения электро- нов над отталкиванием, т.е. появление сверхпроводимости. Из теоретических сооб- ражений следует, что сверхпроводимость может возникать не только в металлах, но и в полупроводниках. Сверхпроводимость позволяет получить при низких температурах в провод- никах небольшого сечения огромные токи. Поэтому из сверхпроводников изготав- ливаются обмотки сверхмощных электромагнитов, которые охлаждаются жидким гелием до 4 К. Разрабатываются сверхпроводящие кабели для передачи электро- Вещество Tсверхпров., К Таллий 2,2 Кадмий 3,0 Олово 3,6 Ртуть 4,3 Свинец 7,3 32 энергии. Для этих целей подбирают сплавы, позволяющие увеличить температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Например, для ниобия Тс = 9 К, у сплава ниобий – олово Тс = 18 К, а для сплава ниобий – германий Тс = 23 К. В 1986 году в Швейцарии Й. Беднорцем и А. Мюллером была открыта сверх- проводимость в медно-оксидных соединениях (купратах) с рекордной по тем време- нам температурой сверхпроводимости Tc порядка 35 K (в абсолютной шкале темпе- ратур или –238° C). В январе 1987 года появилось сообщение о синтезировании в этом же классе соединений сверхпроводников с Tc = 90 K. Сверхпроводники с тем- пературой сверхпроводимости, превышающей температуру кипения жидкого азота T = 77,4 K, принято называть высокотемпературными (ВТСП), для охлаждения ко- торых требуется дешевый жидкий азот, - в отличие от низкотемпературных, для охлаждения которых требуется дорогостоящий жидкий гелий. В настоящее время максимальная температура сверхпроводимости Tc = 138 K получена для ртутных медно-оксидных соединений. Достигнуты определенные успехи и в применении ВТСП в технике: созданы электрические кабели для передачи электроэнергии, гене- раторы и электромоторы, ограничители тока, различные электронные устройства.