Мкртчян Учебное пособие по русскому языку как иностранному для спетсиалности 2015

вом в роли предиката. Определите обобщенное значение подобных предикатов.

Пример: Необходимо отметить (Р1), что притягиваются друг к другу не все электроны, а только лежащие в небольшом слое около поверхности Ферми.

Задание 12. Найдите в тексте конструкции с объектом действия при непереходных глаголах. Помните, что непереходными являются глаголы, которые не могут управлять IV падежом с вопросами кого? что?

Пример: Куперовские пары подчиняются (чему?) статистике Бозе – Эйнштейна.

Задание 13. Найдите в тексте:

а) конструкции с предложно-падежными сочетаниями, выполняющими функции определения (несогласованные определения)

Пример: Наиболее вероятным механизмом, приводящим к притяжению электронов, является взаимодействие пары электронов друг с другом (какое взаимодействие?) с участием колебания решетки;

б) конструкции с инфинитивом в роли определения (несогласованное определение). Определите, на какие эквивалентные по грамматическому значению конструкции их можно заменить

Пример: Сверхпроводники II рода являются идеальными диамагнетиками и обладают способностью (какой?) выталкивать из объема магнитное поле.

Задание 14. Вспомните значения вводных слов. Найдите в тексте предложения с вводными словами и вводными конструкциями. В каждом случае определите значение вводного слова или значение вводной конструкции. Проанализируйте, какие группы вводных слов чаще используются в научном стиле речи.

111

112

Пример: Таким образом (вводное слово, помогающее оформить связь мыслей, последовательность изложения), все электронные пары имеют одинаковые волновые функции и, следовательно (вводное слово, помогающее оформить связь мыслей, последовательность изложения), одинаковые фазы.

Задание 15. Найдите в тексте сложноподчиненные предложения:

а) с определительной придаточной частью. Задайте вопрос от главной части к придаточной.

Пример: При движении электрона в кристаллической решетке положительно заряженные ионы (какие ионы?), рядом с которыми пролетает электрон, получают импульс силы в направлении электрона и начинают смещаться в этом направлении.

б) с изъяснительной придаточной частью. Задайте вопрос от главной части к придаточной.

Пример: Это означает (что?), что внутри области, занимаемой любой парой, окажутся центры многих миллионов пар.

в) с обстоятельственной придаточной частью причины или следствия. Задайте вопрос от главной части к придаточной в сложноподчиненных предложениях с придаточной частью причины.

Пример: Сверхпроводимость и сверхтекучесть могут существовать лишь в бозе-системах, поэтому необходимо найти механизм, обеспечивающий достаточно сильное притяжение между электронами.

113

г) с обстоятельственной условной придаточной частью. Задайте вопрос от главной части к придаточной.

Пример: (при каком условии образуются связанные двухэлектронные состояния?) Если возникающие таким образом силы притяжения между двумя электронами превышают силы кулоновского отталкивания, то образуются связанные двухэлектронные состояния.

д) с обстоятельственной придаточной частью цели. Задайте вопрос от главной части к придаточной.

Пример: При этом (для чего?) для того чтобы образовалось сверхпроводящее состояние, силы притяжения должны превышать силу кулоновского отталкивания между электронами.

Задание 16. Вспомните, при помощи каких предлогов и союзов выражается значение уступки в простом и сложном предложении. Найдите в тексте сложноподчиненные предложения, содержащие придаточную часть с уступительным значением. Задайте вопрос от главной части к придаточной.

Пример: В этом случае,(несмотря на что возникший ток не затухает?) несмотря на то, что рассеяния электронов, как в простом проводнике, не будет, возникший ток не затухает, что и означает сверхпроводимость.

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

Микроскопический механизм сверхпроводимости был установлен Дж. Бардиным, Л. Купером, Дж. Шриффером и Н.Н. Боголюбовым (так называемая теория БКШ). Так как кристаллическая структура не изменяется при сверхпроводящем переходе, несомненно, сверхпроводимость можно связать с изменением свойств электронной системы в металлах. Но электроны в металлах образуют ферми-систему. Однако с точки зрения квантовой механики в системе частиц с нецелочисленными спинами не могут существовать явления сверхтекучести или сверхпроводимости. Сверхпроводимость и сверхтекучесть могут

114

существовать лишь в бозе-системах. Поэтому, чтобы объяснить сверхпроводимость, необходимо найти механизм, обеспечивающий достаточно сильное притяжение между электронами, приводящее к образованию связанных электронных пар, обладающих нулевым или целочисленным спином.

Исходным пунктом БКШ служит признание наличия в сверхпроводниках так называемых куперовских пар электронов. Они состоят из электронов с противоположно направленными импульсами и спинами. Возникает вопрос: за счет чего две отрицательно заряженные частицы могут притягиваться друг к другу? При этом для того чтобы образовалось сверхпроводящее состояние, силы притяжения должны превышать силу кулоновского отталкивания между электронами.

Наиболее вероятным механизмом, приводящим к притяжению электронов, является взаимодействие пары электронов друг с другом с участием колебаний решетки (фотонов). При движении электрона в кристаллической решетке положительно заряженные ионы, рядом с которыми пролетает электрон, получают импульс силы в направлении электрона и начинают смещаться в этом направлении. Так как скорость электрона ~ 1013 с-1, то за время смещения иона на максимальное расстояние под действием импульса, сообщенного иону электроном, электрон успевает сместиться на расстояние ~ 10-7 м. В результате за движущимся электроном образуется область избыточного положительного заряда, к которому при определенных условиях может притягиваться другой электрон. Если возникающие таким образом силы притяжения между двумя электронами превышают силы кулоновского отталкивания, то образуются связанные двухэлектронные состояния, получившие название куперовской пары.

На языке квантовой механики это взаимодействие электронов в решетке можно характеризовать как процесс обмена взаимодействующих электронов с фононами. Приведем пример, электрон имеет импульс р1 и движется по кристаллу. В какой-то момент времени он возбудит колебание решетки (т.е. испустит фонон), а сам при этом перейдет в другое состояние р1′. В процессе испускания электроном фонона импульс сохраняется, другими словами р1 = р1′+q, где q – импульс фонона. Этот фонон почти

115

мгновенно поглощается вторым электроном, имеющим до взаимодействия импульс р2. В результате поглощения фонона второй электрон перейдет в состояние р2′,т.е. р2 + q= р2′. Итак, в результате обмена фононом электроны из состояний р1 и р2 перешли в состояния р1′ и р2′. Значит, произошло рассеяние электронов друг на друге. При этом р1 + р2 = р1′ + р2′. Согласно представлениям теории БКШ в сверхпроводящем состоянии происходит многократное рассеяние друг на друге электронов, образующих пару. Максимальное понижение энергии электронной системы при сверхпроводящем переходе происходит тогда, когда осуществляется наибольшее число разрешенных процессов рассеяния, т. е. когда суммарный импульс пары электронов равен нулю и спины электронов в паре противоположны.

Необходимо отметить, что притягиваются друг к другу не все электроны, а только лежащие в небольшом слое около поверхности Ферми. Накладывая электрическое поле так же, как и в нормальном проводнике, в сверхпроводнике получаем смещение распределения Ферми в фазовом пространстве относительно начала координат. В этом случае, несмотря на то, что рассеяния электронов, как в простом проводнике не будет, возникший ток не затухает, что и означает сверхпроводимость. Не происходит рассеяния и электронных пар.

Вотличие от электронов, имеющих полуцелый спин, кулеровская пара – это по существу новая частица, имеющая спин, равный нулю. И, таким образом, в отличие от частиц с полуцелым спином, подчиняющихся запрету Паули и описываемых статистикой Ферми–Дирака, куперовские пары подчиняются статистике Бозе–Эйнштейна. Для них не существует запрета Паули.

Всоответствии со статстикой Бозе минимальной энергией такая система частиц обладает тогда, когда все они находятся в одном состоянии; причем, чем больше их оказывается в этом состоянии, тем труднее какой-либо из частиц выйти из данного состояния. Происходит так называемая бозе-конденсация. Таким образом, все электронные пары имеют одинаковые волновые функции и, следовательно, одинаковые фазы. Отсутствие сопротивления в сверхпроводнике объясняется тем, что движение всех электронных пар в кристалле можно описать как распространение одной

116

суммарной электронной волны, которая не рассеивается решеткой, потому что решетка сама участвует в образовании этой волны, т.е. тепловые волны решетки – фононы – согласованы с электронной волной.

Расчет показывает, что размер куперовских пар, называемый длиной когерентности, составляет ξ ~10-6–10-7м. Это означает, что внутри области, занимаемой любой парой, окажутся центры многих миллионов пар (~ 107 других пар). Следовательно, куперовские пары нельзя представлять в виде независимых частиц. Огромное перекрытие волновых функций пар усиливает эффект спаривания. Таким образом, процесс образования куперовских пар

– это коллективный эффект.

При образовании куперовских пар энергия системы из двух электронов понижается на величину энергии связи электронов в паре, которую обычно обозначают , т.е. для разрушения пары и появления двух независимых электронов требуется конечная энергия не менее . Таким образом, спектр нормальных электронов отделен от энергетического уровня, соответствующего основному состоянию сверхпроводника, энергетической целью , которая возникает при переходе в сверхпроводящее состояние.

Послетекстовые задания

Задание 1. Ответьте на вопросы к тексту:

1.Кем был установлен микроскопический механизм сверхпроводимости?

2.С чем связано наличие сверхпроводимости металлов?

3.Каким образом можно объяснить явление сверхпроводимо-

сти?

4.Какую роль играют куперовские пары в теории БКШ?

5.Какой механизм приводит к притяжению электронов?

6.Каков механизм взаимодействия электронов в решетке?

7.В чем отличие куперовских пар от электронов, имеющих полуцелый спин?

8.Что представляет собой процесс образования куперовских

пар?

117

Задание 2. Создайте структурно-смысловую схему текста. Найдите в тексте информацию, соответствующую каждому структурно-смысловому компоненту текста. Найдите в тексте примеры, приведенные автором, которые доказывают правильность его суждений.

Задание 3. Опираясь на составленную стуруктурносмысловую схему, напишите тезисный план текста и его конспект.

Задание 4. Устно сформулируйте основные положения текста, используя:

1)конструкции, служащие для классификации предметов и явлений:

что – (это) что что является чем

что представляет собой что

2)конструкции, употребляемые для выражения связи и взаимосвязи предметов, явлений, процессов:

что связано с чем что обусловлено чем что зависит от чего из чего следует что

что происходит/совершается в зависимости от чего что ведет к чему что действует/влияет/оказывает влияние на что

что находится под воздействием чего что взаимодействует с чем что взаимосвязано с чем

3)конструкции, используемые для выражения предназначения и применения предметов и явлений:

что служит чем что служит для чего

что применяется для чего что применяется в качестве чего что используется для чего

что используется в качестве чего что предназначается для чего

118

что предназначено для чего

4)конструкции, используемые для сравнения и сопоставления предметов и явлений:

что каково по сравнению с чем что каково в отличие от чего что совпадает с чем что соответствует чему

что сходно/имеет сходство с чем что подобно чему что равно чему

что и что различны по чему что и что (не) идентичны по чему

что и что противоположны по чему что отличается от чего чем по чему что превосходит что по чему что уступает чему по чему если…, то в то время как… тогда как …

5)конструкции со словами можно, возможно, разрешается,

нельзя, невозможно и глаголом мочь в качестве связки и инфинитивом в роли предиката (Можно сделать вывод);

6)конструкции с предложно-падежными сочетаниями, выполняющими функции определения;

7)конструкции с объектом действия при непереходных глаго-

лах;

8)конструкции, с глаголами в форме 1-го лица множественного

числа при выражении обобщенного действия, необходимые для ссылок на примеры и формулировки выводов из примеров: возьмем для примера, приведем пример, сошлемся на примеры, сделаем вывод, подведем итоги, допустим, что…, предположим, что… ;

9) вводные слова, характерные для научного стиля речи.

Задание 5. Напишите аннотацию текста с использованием активных и пассивных оборотов речи, приведенных в таблице.

119

Языковые клише, используемые при написании аннотации

Задание 6. Послушайте отрывок из лекции «Микроскопический механизм сверхпроводимости». Во время прослушивания лекции конспектируйте ее основное

120