Այս աշխատանքը սկսվել է 1975 թվականին՝ Մոսկվայի Էլեկտրոնային տեխնոլոգիաների ինստիտուտի դիպլոմային ծրագրի ավարտի ժամանակ։ Հետո ես ուզում էի ստեղծել ֆիլմի ակտիվ տարր՝ օգտագործելով տաք էլեկտրոններ: Բայց երբ ես իմացա Գինցբուրգ-Կիրժնից վարկածի մասին, որն առաջարկվել էր 1963 թվականին, ես հասկացա, որ սենդվիչները, որոնք ես պետք է ստեղծեի, համապատասխանում էին այս վարկածի պահանջներին:

1957 թ Բարդին-Կուպեր-Շրիֆերը ստեղծեց գերհաղորդականության տեսությունը, որտեղ գերհաղորդականության երևույթում հիմնական դերը վերապահված էր ֆոնոնների հետ փոխազդեցության միջոցով զուգակցված էլեկտրոնների ձևավորմանը, և մետաղի գերհաղորդականության վիճակին անցնելու կրիտիկական ջերմաստիճանը որոշվում է. ֆոնոնների որոշակի բնորոշ ջերմաստիճան. Այս բնորոշ ջերմաստիճանը մոտավորապես հավասար է ֆոնոնների Դեբի ջերմաստիճանին, իսկ մետաղի գերհաղորդիչ վիճակին անցնելու կրիտիկական ջերմաստիճանը որոշվում է բանաձևով.

որտեղ է հաստատուն, որը համամասն է էլեկտրոնների միջև ներգրավման ուժին: Քանի որ ֆոնոնների Դեբայեի ջերմաստիճանը չի կարող գերազանցել մի քանի հարյուր աստիճան, այդ ժամանակվա գերհաղորդականության ֆոնոնային մեխանիզմի մոտավոր գնահատականը ցույց տվեց, որ ֆոնոնային մեխանիզմի կրիտիկական ջերմաստիճանը չի կարող գերազանցել 25°K-ը: Հետևաբար, Գինցբուրգ-Կիրժնիցն առաջարկեց օգտագործել այլ մասնիկներ զուգավորման համար: էլեկտրոններ, օրինակ՝ էլեկտրոնային էքսիտոնների տեսակը։ Քանի որ էքցիտոնների Դեբայեի ջերմաստիճանը կարող է լինել հազարավոր և նույնիսկ տասնյակ հազարավոր աստիճաններ, կոպիտ տեսական հաշվարկները ցույց են տվել, որ մետաղը գերհաղորդիչ վիճակի անցնելու համար էքսիտոնիկ մեխանիզմի կրիտիկական ջերմաստիճանը կարող է հասնել 300 °K կամ ավելի, ինչը համապատասխանում է. սենյակային ջերմաստիճանում և ավելի բարձր: Ահա թե ինչպես է ծնվել Գինցբուրգ-Կիրժնից սենդվիչի ձևավորումը գերհաղորդականության էքսիտոնային մեխանիզմի համար, որը տեսնում եք Նկար 1-ում, չնայած հիմա ես հաստատ գիտեմ, որ նման սենդվիչում էլեկտրոնների զուգավորումը երբեք չի առաջանա էքսիտոնների հետ փոխազդեցության միջոցով:

Նկ.1 Սենդվիչ գերհաղորդականության էքցիտոնային մեխանիզմի համար:

Ավելին, կարող եմ ասել, որ բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության էքսիտոնիկ տեսության մշակման ժամանակ անճշտություն է նկատվել էլեկտրոնային ալիքի ֆունկցիաները հաշվարկելիս, ուստի էքսիտոնի մեխանիզմի կրիտիկական ջերմաստիճանը կարող է հասնել ոչ միայն սենյակային ջերմաստիճանի, այլև մի քանի անգամ գերազանցել այն։ անգամ։ Այդ ժամանակ ես հնարավորություն ունեցա հանդիպելու բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության տեսության մշակողներից մեկի հետ։ Երբ ես հարցրի նրան, թե արդյոք գերհաղորդականության էքսցիտոնիկ մեխանիզմ կարող է առաջանալ մի կառուցվածքում, որը բաղկացած է մի քանի միջատոմային հեռավորություններ չափող մետաղական գնդիկներից, որոնք շրջապատված են դիէլեկտրիկի բարակ շերտով և սեղմված միջատոմային հեռավորությունների վրա: Նա պատասխանեց, որ նման կառույցներում է, որ դա պետք է պահպանվի. Այդ ժամանակվանից նա սկսեց ստեղծել բազմաշերտ սենդվիչներ, որոնցում հիմնական շերտն ուներ վերը նշված կառուցվածքը։ Թեզի նախագծի վերջում ես հայտնաբերեցի, որ մի քանի նմուշների վրա առկա են հոսանք-լարման բնութագրիչների ընթացիկ թռիչքներ, և դրանց հաղորդունակությունը որոշակի լարման դեպքում փոփոխվում է մեծության կարգով: Սա ցույց է տրված Նկար 2-ում: Նկար 3-ում ներկայացված է գերհաղորդիչ-մեկուսիչ-գերհաղորդիչ կառուցվածքների բնորոշ բնութագիրը:

Նկ.2 Վ.Ա.Հ. չափված նմուշներ 1976 թվականին

Նկ. 3 Կառուցվածքների բնորոշ ընթացիկ-լարման բնութագրերը գերհաղորդիչ մեկուսիչ գերհաղորդիչ.

Ուսումնասիրված երևույթներում հոսանք-լարման բնութագրիչի նման վարքագիծը առկա է միայն գերհաղորդիչ-մեկուսիչ-գերհաղորդիչ կառույցներում (S - I -Ս). Ես կրկին հանդիպեցի բարձր ջերմաստիճանի տեսության մշակողներից մեկի հետ և կարողացա համոզել նրան, որ նման բնութագրեր կարող են տալ կառույցները.S-I-Ս. Նա չէր հավատում այս արդյունքներին, քանի որ դրանք տեսականորեն ապացուցեցին, որ գործնականում անհնար է իրականացնել գերհաղորդականության էքցիտոնային մեխանիզմը գործնականում, քանի որ մետաղը պետք է ունենա 5 Ա հաստություն, և սա մեկ ատոմային շերտ է, որն անհնար է ստանալ: Բայց տեսությունը տեսություն է, իսկ պրակտիկան մնում է ճշմարտության չափանիշ:

Մտածեցի, որ հանձնարարությամբ ժամանելով Վորոնեժ, կարող եմ անմիջապես շարունակել աշխատանքը։ Բայց ճակատագիրն այլ կերպ ստացվեց. Իսկ երբ հոդվածը կարդացի 1987թ. Գերհաղորդիչ կերամիկայի հայտնաբերման մասին, որտեղ գրված էր, երբ Մյուլլերը եկավ Բեդնորց և հարցրեց, թե ինչպես ստեղծել մի կառուցվածք, որը բաղկացած է մի քանի միջատոմային չափերի մետաղական գնդիկներից, որոնք շրջապատված են դիէլեկտրիկի բարակ շերտով և սեղմված միջատոմային հեռավորությունների վրա: Նա պատասխանեց՝ կերամիկա սինթրելով։ Այսպես է ծնվել գերհաղորդիչ կերամիկան՝ կրիտիկական ջերմաստիճանը, որն այն ժամանակ հասել է 112°K-ի, դրանից հետո ես կարծում էի, որ դրանք շուտով կհասնեն սենյակային ջերմաստիճանի։ Միակ բանը, որ ինձ մի փոքր մխիթարեց, այն էր, որ նմուշները ստացվել են ոչ թե կերամիկա սինթեզելով, այլ որոշակի միջավայրերում բնական մշակությամբ։ Այս հաղորդագրությունից հետո ես ամբողջությամբ հրաժարվեցի գերհաղորդականությունից: Սակայն գերհաղորդիչ կերամիկայի հայտնաբերումից անցել է գրեթե քսան տարի, և սենյակային ջերմաստիճանում գերհաղորդականության հայտնաբերման մասին տեղեկություններ չեն եղել:

2002 թվականի դեկտեմբերին Ես գաղափար ունեցա ևս մեկ անգամ ուսումնասիրելու գրեթե 30 տարի առաջ պատրաստված նմուշները: Եկա ավտոտնակ, բացեցի ուսանողիս ճամպրուկը և բերեցի լաբորատորիա։ Իսկ հիմա այն մասին, թե ինչ եմ տեսել դրանց վրա։

Նկ.4 , բրինձ.5 , բրինձ.6 , տեսնում եք երեք գրաֆիկ և VAC., Վերևկիսաեզրափակիչ ինչծնված 1976 թ., կենտրոնում կա տիպիկ ընթացիկ-լարման բնութագիր. կառույցների համար S-I-S,Ներքեւում CVC. 2002 թվականին չափված նմուշներ

Նկ.4 Վ.Ա.Հ. չափված 1976 թվականին

Նկ.5 Տիպիկ V.A.H. S-I-S կառույցներ.

Նկ.6 Վ.Ա.Հ. չափված 2002 թվականին

Նրանք բոլորն ունեն երեք բնորոշ բաժիններ, սկզբնական բարձր դիմադրությամբ, այնուհետև, երբ լարումը հասնում է 2Δ /ե , հոսանքի ցատկ, իսկ երրորդը, ինչպես սովորական թունելում մետաղ-մեկուսիչ-մետաղական կառույցներում։ Բայց եթե ստացված բնութագրերը կապված են գերհաղորդականության ֆենոմենի հետ, ապա պետք է լինի կրիտիկական ջերմաստիճան, որի դեպքում գերհաղորդականությունը վերանում է։ Նմուշները ուղղակի հոսանքի աղբյուրին միացնելիս հոսանք-լարման բնութագրիչի վրա: նկատվում է գեստիրեզի հանգույց: Ավելին, գեստիրեզի լայնությունը ջերմաստիճանի ֆունկցիա է և կրիտիկական ջերմաստիճանում դառնում է հավասար զրոյի: Նկար 7-ում տեսնում եք գեստիրեզի լայնության կախվածությունը ջերմաստիճանից:

Նկար 7. Գեստիրեզի լայնության կախվածությունը ջերմաստիճանից.

ա) 77.°K-ում, բ) 300.°K-ում, գ) 620°K-ում:

Կարելի է ենթադրել, որ նման բարդ շերտավոր սենդվիչներում հիստերեզի պատճառ կարող են լինել շարժական իոնները։ Բայց այս դեպքում, ջերմաստիճանի նվազմամբ, գեստիրեզի լայնությունը պետք է նվազի, քանի որ իոնների շարժունակությունը նվազում է: Իսկ 7-րդ գծապատկերներում մենք տեսնում ենք հակառակ պատկերը. ջերմաստիճանի նվազմամբ մեծանում է գեստիրեզի լայնությունը, ինչը բնորոշ է միայն կառույցներին։ S-I-Ս. Այս արդյունքների հիման վրա կարող ենք եզրակացնել, որ ուսումնասիրվող նմուշների գերհաղորդիչ վիճակին անցնելու կրիտիկական ջերմաստիճանը մոտավորապես 620°K է: կամ 350°C:

Եթե ​​այս նմուշները գերհաղորդիչ են, ապա Ջոզեֆսոնի էֆեկտները պետք է ներկա լինեն դրանց վրա: Նմուշը մասերի բաժանելով՝ բացահայտվեցին այն հատվածները, որտեղ մետաղների միջև դիէլեկտրիկի հաստությունը չի գերազանցում 20 Å-ը: Ընտրված նմուշները կորի հետքերով չափելիս, 50 Հց հաճախականությամբ փոփոխական լարման կիրառման ժամանակ: էկրանին էլիպս է նկատվել. Սա կարող եք տեսնել Նկար 8-ում

Նկ.8. Էլիպս փոփոխական լարման վրա:

Նկ.9. Էլիպս գումարած իմպուլսներքայլ գեներատոր.

Ինչպես ինձ ասաց մի մոսկվացի պրոֆեսոր, էլիպսը որպես էլիպս ոչ մի հետաքրքիր բան չունի: Իսկապես, այն ունի ճիշտ երկրաչափական ձև, և բուն էլիպսում ոչ մի հետաքրքիր բան չկա։ Հետաքրքիրն այն է, թե ինչպես է այն ստացվել բնավորության էկրանին։ Էլիպս ստանալու երկու եղանակ կա՝ մեկ ազդանշանի աղբյուրից R-C շղթայի միջոցով կամ երկու ազդանշանի աղբյուրից։ Առաջին տարբերակը մոդելավորվել է համակարգչային ծրագրի միջոցով: Երբ էլիպսը մոտեցավ ուղղահայաց կամ հորիզոնական առանցքին, էլիպսը վերածվեց ուղիղ գծի: Եվ ինչպես տեսնում եք նկար 8-ում, էլիպսը գրեթե հորիզոնական է: Սա նշանակում է, որ էլիպսը ստացվել է երկու ազդանշանի աղբյուրների միջոցով։ Եթե ​​ազդանշանի աղբյուրը կորի հետագծող է, ապա երկրորդ ազդանշանի աղբյուրը կարող է լինել միայն ուսումնասիրվող նմուշը: Եթե ​​նայեք թզ. 9 մեկ այլ կորի հետագծման վրա, այնուհետև, երբ քայլ գեներատորը միացված է, էլիպսի վրա նկատվում են քայլ գեներատորի իմպուլսներ: Նմուշն իրեն պահում է այնպես, որ ինչ ազդանշան էլ որ ստանում է, նույնն է, ինչ առաջացնում է: Ես գիտեմ, որ Ջոզեֆսոնի հանգույցներով ցածր հաճախականության գեներացիայի մասին ոչինչ հայտնի չէ: Բայց սա հեշտ է ստուգել նրանց համար, ովքեր հնարավորություն ունեն աշխատելու այս անցումների հետ: Բավական է միացնել գերհաղորդիչներից մեկը հզորության միջով, և կորի նիշերի էկրանին կտեսնեք էլիպս և իմպուլսներ և ցանկացած այլ ազդանշան, որն օգտագործվում է կորի նիշի մեջ:

Ուղղակի հոսանքի ժամանակ նմուշները ուսումնասիրելու համար տարողությունը հանվել է: Նմուշը միացված էր կորի հետագծին որպես ուղղակի հոսանքի աղբյուր: Արդյունքում, նմուշի վրա զրոյական լարման դեպքում դրա միջով ուղղակի հոսանք է անցել: Սա կարող եք տեսնել Նկար 10-ում: Գերհաղորդականության մեջ նման հոսանքը կոչվում է Ջոզեֆսոնի մշտական ​​գերհաղորդիչ հոսանք և առաջանում է Կուպերի զույգերի թունելավորման հետևանքով, երբ խախտվում է դրանց փուլային համերաշխությունը։

Նկար 10. Գերհաղորդիչ ընթացիկ, նմուշի վրա զրոյական լարման դեպքում:

Նկար 11. Գերհաղորդիչ հոսանքի կախվածությունը մագնիսականից դաշտերը.

Նկար 12. ՎերահսկողությունՀետգերհաղորդիչ էլեկտրական ցնցում

Եթե ​​սա գերհաղորդիչ հոսանք է, ապա մագնիսական դաշտում այն ​​պետք է տա ​​դիֆրակցիոն օրինաչափություն։ Փորձն իրականացվել է մշտական ​​մագնիսների միջոցով, և մագնիսի և նմուշի միջև հեռավորությունը տարբերվում էր։ Հոսանքը չափվել է որպես մագնիսի և նմուշի միջև եղած հեռավորության ֆունկցիա։ Ստացված արդյունքները կարող եք տեսնել Նկար 11-ում: Դեպի ձախ թեքությունը, ըստ գերհաղորդականության տեսության, կապված է արտաքին դաշտին սեփական մագնիսական դաշտի ավելացման հետ, որը առաջանում է հանգույցի միջոցով բարձր հոսանքների ժամանակ։ Անմիջապես ուզում եմ ասել, որ սենդվիչը կազմող յուրաքանչյուր շերտը առանձին ուսումնասիրելիս վերը նշված հատկանիշներից ոչ մեկը չի դիտարկվել։ Ուստի կարելի է ենթադրել, որ Կուպերի զույգերի առաջացումը տեղի է ունենում հիմնական շերտի էլեկտրոնների փոխազդեցության միջոցով մեկ այլ շերտի մասնիկների հետ։ Թերևս սա էքսիտոնիկ մեխանիզմ է։ Իսկ եթե դա այդպես է, ապա սենդվիչում առկա լրացուցիչ մետաղական էլեկտրոդի օգնությամբ կարելի է հեշտությամբ կառավարել գերհաղորդիչ հոսանքը։ Երբ քայլ գեներատորից իմպուլսները կիրառվեցին լրացուցիչ էլեկտրոդի վրա, կորի գրաֆիկի էկրանին հայտնվեց ելքային բնութագրերի ընտանիք: Սա կարող եք տեսնել Նկար 12-ում: Այն նման է տրանզիստորի ելքային բնութագրերի ընտանիքին: Հետևաբար, օգտագործելով գերհաղորդիչ հոսանքի վերահսկման ազդեցությունը, հնարավոր է ստեղծել ակտիվ տարրեր էլեկտրական ազդանշանների փոխակերպման և ուժեղացման համար: Այս էֆեկտի միջոցով ստեղծված սարքերը կկարողանան աշխատել 0°K-ից սկսած ջերմաստիճանում: մինչև 620°K: և 100 ԳՀց-ից բարձր հաճախականություններում: Այսպիսով, Նկար 12-ում տեսնում եք էլեկտրական ազդանշանների փոխակերպման և ուժեղացման առաջին գերհաղորդիչ ակտիվ սարքի բնութագրերը:

Իսկ հիմա միկրոալիքային էլեկտրամագնիսական ալիքների կլանման և արտանետման ուսումնասիրության մասին։ Նմուշը միացված էր կորի հետագծին՝ որպես լարման աղբյուր: Ջոզեֆսոնի հանգույցի սկզբնական հատվածը կարելի է տեսնել Նկար 13-ում:

Նկար 13. Ընթացիկ-լարման բնութագրի սկզբնական հատվածը:

Նկար 14. Ընթացիկ-լարման բնութագիր: երբ ենթարկվում է Միկրոալիքային էլեկտրամագնիսական ալիքներ.

Նկար 15։ Հիմնական շերտի կառուցվածքը.

Հատվածի սկզբում նկատվում է հիստերեզ, որի լայնությունը կախված է մագնիսական դաշտից։ Երբ կիրառվում է մագնիսական դաշտ, գեստիրեզի լայնությունը մեծանում է: Այս անցումը ենթարկվում էր միկրոալիքային վառարանների: ճառագայթումը, իսկ արդյունքները ներկայացված են Նկ. 14. Ինչպես տեսնում եք, էլեկտրամագնիսական ալիքների կլանման արդյունքում առաջացել է հորիզոնական աստիճան։ Այս քայլի մեծությունը վոլտներով կապված է ճառագայթման հաճախականության, էլեկտրոնի լիցքի և Պլանկի հաստատունի հետ։ Պլանկի հաստատունի նախնական չափումները և հաշվարկները ցույց են տալիս, որ դրա արժեքը 0,02 տոկոս ճշգրտությամբ համընկնում է աղյուսակի արժեքի հետ։ Ճշգրտությունը բարելավելու համար անհրաժեշտ են տրամաչափված չափիչ գործիքներ: Իսկ հիմա էլեկտրամագնիսական ալիքների ճառագայթման մասին։ Եթե ​​ավելացնեք նմուշի միջով հոսող հոսանքը, մակերեսի վերևում ձևավորվում են կարմիր-մանուշակագույն պլազմային գնդիկներ, որոնք համապատասխանում են օդային պլազմային: Դա տեղի է ունենում, երբ արտանետվող միկրոալիքների ինտենսիվությունը: էլեկտրամագնիսական ալիքները հասնում են օդի մոլեկուլների իոնացման համար բավարար արժեքների: Պլազմային ուլունքների առաջացման արդյունքում նմուշի մակերեսին հետք է առաջանում, որը մի փոքր բացահայտում է սենդվիչի հիմնական շերտի նյութի կառուցվածքը։ Սա կարող եք տեսնել Նկար 15-ում: Լուսանկարն արվել է շատ մեծ խոշորացմամբ, ուստի պարզությունն այնքան էլ լավ չէ:

Հիմա եկեք քննարկենք ստացված արդյունքները։ Պետք է հանդիպեի գիտնականների ու մասնագետների հետ։ Նրանցից ոմանք փորձում են ստացված արդյունքները բացատրել կոնտակտային երեւույթներով, թեեւ չեն ասում, թե որոնք։ Ուստի ասեմ, որ թվում է, թե նրանք վատ են պատկերացնում կառույցներում կոնտակտային և հատկապես թունելային երևույթների բնութագրերը. S-Ի-Ս. Մյուսները համաձայն են, որ տրված բոլոր բնութագրերը համապատասխանում են կառուցվածքներինS-I-S, բայց գերհաղորդականությունը հաստատելու համար անհրաժեշտ է չափել նմուշների դիամագնիսական զգայունությունը, քանի որ գերհաղորդիչ վիճակին անցնելիս բոլոր նյութերը դառնում են ուժեղ դիամագնիսական: Ես համաձայն եմ սրա հետ։ Բայց այս հարցին մոտենանք մյուս կողմից։ Ենթադրենք, մենք ուսումնասիրում ենք նյութերի դիամագնիսական հատկությունները, մենք չգիտենք այս աշխատանքում տրված արդյունքները, և այս կառույցները գալիս են մեզ: Մենք նրանց վրա ուժեղ դիամագնիսություն ենք հայտնաբերում սենյակային ջերմաստիճանում, ինչպես գերհաղորդիչներն են: Կարո՞ղ ենք ասել, որ սա գերհաղորդականություն է: Իհարկե ոչ, քանի որ գերհաղորդականության հիմնական հատկությունն այն է, երբ հաղորդիչի դիմադրությունը դառնում է զրո: Եթե ​​նայեք թզ. 10, ապա զրոյական լարման դեպքում նմուշի միջով հոսանք է անցնում: Եվ սա պարզապես հաստատում է, որ նմուշի դիմադրությունը զրոյական է: Բացի այդ, Ջոզեֆսոնի բոլոր էֆեկտները կապված են միայն Կուպերի զույգերի թունելավորման հետ, և ուսումնասիրվող նմուշներում մենք դիտարկում ենք Ջոզեֆսոնի գրեթե բոլոր էֆեկտները: Սա նշանակում է, որ կարելի է պնդել, որ ուսումնասիրվող նմուշներում առկա են Կուպերի զույգեր, և Կուպերի զույգերի առկայությունը գերհաղորդականության առաջացման հիմնական պայմանն է՝ համաձայն BCS տեսության։ Հետազոտության ընթացքում հայտնաբերվել է կրիտիկական ջերմաստիճան և հոսանք, և մագնիսական դաշտում նմուշներն իրենց պահում են այնպես, ինչպես գերհաղորդիչ-մեկուսիչ-գերհաղորդիչ կառուցվածքները։ Ուստի, կասկած չկա, որ դիէլեկտրիկի բարակ շերտով շրջապատված մետաղական գնդիկները գտնվում են գերհաղորդականության վիճակում սենյակային ջերմաստիճանում և ավելի բարձր: Մենք հնարավորինս արագ կանցկացնենք նմուշների դիամագնիսական հետազոտություններ։ Բայց կասկած չկա, որ նմուշների դիամագնիսական հատկությունները նույնն են լինելու, ինչ սովորական գերհաղորդիչներինը, քանի որ բնության մեջ չկան նույն հատկությունները դրսևորող երկու տարբեր երևույթներ: Շնորհակալություն ուշադրության համար. Ես երախտապարտ կլինեմ բոլոր նրանց, ովքեր կարող են աջակցել և աջակցել այս գործում։

Գրականություն:

1. Գինցբուրգ Վ.Լ., Կիրժնից Դ.Ա. Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդականության խնդիրը - M.: Nauka, 1977. – 400 p.

2.Bukkel V. Գերհաղորդականություն. – Մ.: Միր, 1975.-364 էջ.

3. Solimar L. Թունելի էֆեկտ գերհաղորդիչներում: – Մ.: Միր, 1974.- 428 էջ.

4. Derunov V. Կայք

Նկարազարդման հեղինակային իրավունք ThinkstockՊատկերի վերնագիր Գերհաղորդիչները կարող են օգտագործվել էլեկտրական ցանցեր ստեղծելու համար

Մոտավորապես -270 աստիճան Ցելսիուսի դեպքում որոշ մետաղներ թույլ են տալիս էլեկտրական հոսանքն անցնել առանց դիմադրության: Այնուամենայնիվ, գիտնականները սովորել են գերհաղորդականության հասնել մոտ 130 Կելվին (-143 Ցելսիուս) ավելի բարձր ջերմաստիճանում, և դրանով կանգ չեն առնում, հավատալով, որ այս արժեքավոր հատկությունը կարող է վերարտադրվել սենյակային ջերմաստիճանում:

Գերհաղորդիչները բնութագրվում են դիմադրության լիակատար բացակայությամբ: Այսպես կոչված I տիպի գերհաղորդիչներն ամբողջությամբ տեղաշարժում են մագնիսական դաշտը։

Նմանատիպ II տիպի նյութերը թույլ են տալիս միաժամանակ գերհաղորդականության և ուժեղ մագնիսական դաշտի առկայությունը, ինչը նրանց կիրառման շրջանակը դարձնում է չափազանց լայն:

Ի՞նչ է գերհաղորդականությունը:

Երևույթն ինքնին նկարագրվել է հոլանդացի քիմիկոս և ֆիզիկոս Հայկե Կամերլինգ-Օտտեսի կողմից 1911 թվականին։ Երկու տարի անց նա արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։

Գերհաղորդականության հասկացությունն առաջին անգամ ի հայտ եկավ խորհրդային ակադեմիկոս Լև Լանդաուի գիտական ​​աշխատություններում, ով, ի դեպ, 1962 թվականին նաև Նոբելյան մրցանակ ստացավ իր աշխատանքի համար։

Մետաղների գերհաղորդականությունը բացատրվում է այսպես կոչված «Կուպերի զույգեր» հասկացության միջոցով՝ երկու էլեկտրոն միավորված քվանտի միջով՝ զրոյական անկյունային իմպուլսով:

Նմանատիպ էլեկտրոնների զուգավորումները տեղի են ունենում որոշ մետաղների բյուրեղային ցանցում, երբ սառչում են ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճաններում:

Այնուամենայնիվ, ավելի ուշ, պղնձի բարձր պարունակությամբ կերամիկական կուպրատների օգնությամբ գիտնականները հասել են գերհաղորդականության առաջացմանը ազոտի եռման կետից զգալիորեն ավելի բարձր ջերմաստիճաններում (-196 Ցելսիուս), ինչը, հաշվի առնելով հեղուկ ազոտի լայնածավալ արտադրությունը, թույլ է տալիս. ոչ դիմադրողականություն չունեցող նյութեր, որոնք համեմատաբար հարմար են օգտագործման համար:

Այս փորձերի շնորհիվ գերհաղորդիչները լայն տարածում գտան և այսօր օգտագործվում են, մասնավորապես, բժշկական ախտորոշիչ սարքերում պատկերազարդման համար, ինչպիսիք են մագնիսական սկաներները և մագնիսական ռեզոնատորները:

Դրանք նաև լայնորեն կիրառվում են մասնիկների արագացուցիչներում ֆիզիկայի հետազոտություններում։

Իսկ հետո՞ գրաֆենը։

Հելսինկիի Ալտոյի համալսարանի և ՌԴ ԳԱ Լանդաուի տեսական ֆիզիկայի ինստիտուտի պրոֆեսոր Գրիգորի Վոլովիկը քվանտային տեխնոլոգիաների մոսկովյան միջազգային կոնֆերանսի շրջանակներում խոսել է գրաֆենի՝ հարթ մոդիֆիկացիայի միջոցով բարձր ջերմաստիճաններում գերհաղորդականության հնարավոր ձեռքբերման մասին։ .

Գրաֆենին, ինչպես և գերհաղորդիչներին, կանխատեսվում է, որ պայծառ ապագա է սպասվում. ինչպես լամպերի, այնպես էլ զրահաբաճկոնների արտադրողները հետաքրքրված են դրանով, էլ չենք խոսում միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտում նրա հեռանկարների մասին:

Նկարազարդման հեղինակային իրավունք IBMՊատկերի վերնագիր Նորմալ պայմաններում գրաֆենը ցուցադրում է կիսահաղորդչի հատկությունները

Տեսական ֆիզիկոսները նկարագրել են դրա ներուժը ողջ 20-րդ դարում, բայց գործնական հետազոտությունների է հասել միայն 21-րդ դարում. գրաֆիտից մեկուսացված գրաֆենի հատկությունների նկարագրության համար ռուսաստանցի բնիկ Կոնստանտին Նովոսելովն ու Անդրեյ Գեյմն էին:

Ըստ Վոլովիկի, էլեկտրամագնիսական դաշտերի հատկությունների մասին գիտելիքները կարող են թույլ տալ կառուցել գերհաղորդիչ՝ հիմնված հարթ էներգիայի ժապավենների վրա, որոնք կարող են դիտվել «իդեալական» գրաֆենի մեջ:

Եվ դեռ - ինչ անել սենյակային ջերմաստիճանի հետ:

Իդեալական գրաֆենին բնորոշ հարթ գոտին իր ամբողջ հարթության վրա պետք է ունենա զրոյական էներգիա։

Այնուամենայնիվ, ածխածնի երկչափ ալոտրոպ մոդիֆիկացիայի իրական կառուցվածքը հաճախ կառուցվածքով նման է «հարթված նրբերշիկի», ասում է պրոֆեսոր Վոլովիկը:

Այնուամենայնիվ, փորձագետները չեն հուսահատվում. այս պահին տեսաբաններն աշխատում են հարթ էներգետիկ գոտու տեսքի մի քանի տարբերակների վրա, որոնք անհրաժեշտ են սենյակային պայմաններում գերհաղորդականություն ստեղծելու համար, ներառյալ գերսառեցված գազերը:

Անցյալ տարի Սթենֆորդի համալսարանի ամերիկացի ֆիզիկոսները հասկացան, թե ինչպես կարելի է գործնականում կիրառել գրաֆենի գերհաղորդականությունը՝ օգտագործելով միատոմ ածխածնի (իրականում գրաֆենի) և կալցիումի շերտերը, որոնք միմյանց վրա դրված են «սենդվիչի» մեջ:

Քանի որ մեկ տարի առաջ, բրիտանացի գիտնականները, կարելի է խոսել անհրաժեշտ նյութերի արտադրության արժեքի նկատելի նվազման մասին։

Մարտահրավերը, ինչպես ասում են վերը նշված բոլոր փորձագետները, այժմ անթերի գրաֆեն մեծ ծավալներով արտադրելու ուղիներ գտնելն է։

Պինդ, հեղուկ, գազ, պլազմա... էլ ի՞նչ:

Նյութի այն վիճակներից մեկը, որի դեպքում նկատվում են գերհաղորդականություն և այլ քվանտային էֆեկտներ, Բոզ-Էյնշտեյն կոնդենսատն է, որն անվանվել է հնդիկ ֆիզիկոս Սաթիենդրա Բոզեի և Ալբերտ Էյնշտեյնի տեսական աշխատանքի պատվին:

Նկարազարդման հեղինակային իրավունքԳիտական ​​լուսանկարչական գրադարանՊատկերի վերնագիր Սաթիենդրա Բոզը զրոյական Կելվինում մասնիկների վարքագծի ուսումնասիրության առաջամարտիկն է

Դա նյութի հատուկ ձև է. այն ֆոտոնների և բոզոնների հետ կապված այլ տարրական մասնիկների ագրեգացման վիճակ է՝ զրոյական կելվինին մոտ ջերմաստիճանում։

1995 թվականին՝ Բոզեի և Էյնշտեյնի տեսական հիմնավորումների հրապարակումից 70 տարի անց, գիտնականներն առաջին անգամ կարողացան դիտարկել կոնդենսատը:

Միայն 2010 թվականին ֆիզիկոսներին հաջողվեց ֆոտոնների համար նման կոնդենսատ ստանալ։

Մասնավորապես, Սկոլկովոյի գիտության և տեխնոլոգիայի ինստիտուտի ուսուցիչ Նատալյա Բերլոֆը, ով ելույթ ունեցավ համաժողովում, նկարագրեց բևեռիտոնների վարքը՝ քվազիմասնիկներ, որոնք առաջանում են, երբ ֆոտոնները փոխազդում են միջավայրի տարրական գրգռումների հետ:

Բերլոֆն ասաց, որ անցյալ ամառ փորձել է քվանտային տեսության կիրառումը ներկայացնել վարչապետ Դմիտրի Մեդվեդևին և փոխվարչապետ Արկադի Դվորկովիչին որպես ազգային նախաձեռնություն:

Սկոլկովոյի գիտատեխնիկական ինստիտուտի ուսանողներից մի քանիսն արդեն ակտիվորեն մասնակցում են միջազգային հետազոտություններին, մասնավորապես, Բերլոֆի ուսանողները ֆիզիկոսների խմբի մաս են կազմում, որոնք նկարագրում են նշված բևեռայինների վարքագիծը։

ՄՈՍԿՎԱ, 13 սեպտեմբերի – ՌԻԱ Նովոստի.Գրաֆիտի առանձին հատիկները ջրով մշակվելուց և ջեռոցում թխվելուց հետո կարող են գերհաղորդական հատկություն դրսևորել սենյակային ջերմաստիճանում, ինչը ենթադրում է, որ գերհաղորդականություն կարելի է ձեռք բերել պրակտիկայում նորմալ պայմաններում, ասում են գերմանացի ֆիզիկոսները Advanced Materials ամսագրում հրապարակված հոդվածում:

«Ընդհանուր առմամբ, մեր փորձից ստացված տվյալները ցույց են տալիս, որ գերհաղորդականությունը սենյակային ջերմաստիճանում հնարավոր է, և որ մեր օգտագործած մեթոդները կարող են ճանապարհ հարթել գերհաղորդիչների նոր սերնդի համար, որոնց առաջացումը մարդկությանը օգուտներ կբերի, որոնք դեռևս դժվար է գնահատել»: ֆիզիկայի թիմի ղեկավար Պաբլո Էսկինազին (Պաբլո Էսկինազի) Լայպցիգի համալսարանից (Գերմանիա):

Էսկինազին և նրա գործընկերները ուսումնասիրել են գրաֆիտի և ածխածնի այլ ձևերի ֆիզիկական հատկությունները։ Փորձերից մեկի ժամանակ գիտնականները գրաֆիտի փոշի են լցրել ջրով փորձանոթի մեջ, խառնել և հանգիստ թողնել 24 ժամ: Դրանից հետո ֆիզիկոսները ֆիլտրել են գրաֆիտը և չորացրել ջեռոցում 100 աստիճան ջերմաստիճանում։

Արդյունքում գիտնականները ստացան գրաֆիտի հատիկների հավաքածու՝ չափազանց հետաքրքիր ֆիզիկական հատկություններով։ Այսպիսով, այս հատիկների մակերեսն ունի գերհաղորդիչ հատկություններ, որոնք պահպանվում են նույնիսկ 300 աստիճան Կելվին կամ 26 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճանում:

Սա դրսևորվեց հատիկների ներսում մագնիսական պահի բնորոշ կտրուկ փուլային անցումների տեսքով, որոնք գոյություն ունեն դասական բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներում։ Ֆիզիկոսները երբեք չեն կարողացել ստուգել, ​​թե արդյոք գրաֆիտն ունի նման նյութերի երկու այլ հիմնական առանձնահատկություններ՝ դիմադրության բացակայությունը և այսպես կոչված Մայսների էֆեկտը՝ մագնիսական դաշտի ամբողջական տեղաշարժը հաղորդիչի մարմնից:

Այնուամենայնիվ, էֆեկտներից նույնիսկ մեկի հայտնաբերումը հուշում է, որ բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչները կարող են գործել սենյակային ջերմաստիճանում:

Ցավոք, Էսկվինազիի և նրա գործընկերների կողմից ստացված գրաֆիտի հատիկները չեն կարող օգտագործվել որպես գերհաղորդիչների «շինանյութ»: Նախ, գրաֆիտի զանգվածի միայն 0,0001%-ն ունի գերհաղորդիչ հատկություններ, քանի որ այդ ազդեցությունը նկատվում է միայն հատիկների մակերեսի վրա։ Երկրորդ, գրաֆիտի այս ձևը չափազանց փխրուն է, և հատիկների ֆիզիկական հատկությունները անդառնալիորեն կորչում են նույնիսկ ամենափոքր դեֆորմացիայի դեպքում:

Իրենց հետագա աշխատանքում ֆիզիկոսները նախատեսում են ուսումնասիրել հատիկների մակերեսը և ջրածնի ատոմների դերը, որոնք մնում են դրանց մակերեսին «ջրային լոգանքից» և հետագա չորացումից հետո։ Բացի այդ, Էսկվինազին և նրա գործընկերները կփորձարկեն, թե արդյոք նման հատիկներն ունեն զրոյական դիմադրություն և արդյոք դրանցում տեղի է ունենում Մայսների էֆեկտը։

Գերհաղորդունակությունը ամենաառեղծվածային, ուշագրավ և խոստումնալից երևույթներից մեկն է։ Գերհաղորդիչ նյութերը, որոնք չունեն էլեկտրական դիմադրություն, կարող են հոսանք անցկացնել գործնականում առանց կորստի, և այս երևույթն արդեն օգտագործվում է որոշ ոլորտներում գործնական նպատակներով, օրինակ՝ միջուկային տոմոգրաֆիայի մեքենաների կամ մասնիկների արագացուցիչների մագնիսներում: Այնուամենայնիվ, գոյություն ունեցող գերհաղորդիչ նյութերը պետք է սառեցվեն մինչև ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճաններ, որպեսզի հասնեն իրենց հատկություններին: Սակայն այս և անցյալ տարի գիտնականների կողմից իրականացված փորձերը տվել են որոշ անսպասելի արդյունքներ, որոնք կարող են փոխել գերհաղորդիչների տեխնոլոգիայի վիճակը:

Գիտնականների միջազգային թիմը՝ Մաքս Պլանկի նյութի կառուցվածքի և դինամիկայի ինստիտուտի գիտնականների գլխավորությամբ, որն աշխատում է ամենահեռանկարային նյութերից մեկի՝ բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ իտրիում-բարիում-պղնձի օքսիդի (YBa2Cu3O6+x, YBCO) հետ: պարզվել է, որ այս կերամիկական նյութը ինֆրակարմիր լազերի լույսի իմպուլսներին ենթարկելը հանգեցնում է նրան, որ նյութի որոշ ատոմներ կարճ ժամանակով փոխում են իրենց դիրքը բյուրեղային ցանցում՝ մեծացնելով գերհաղորդականության էֆեկտի դրսևորումը:

YBCO միացության բյուրեղները շատ անսովոր կառուցվածք ունեն: Այս բյուրեղների արտաքին մասում կա պղնձի օքսիդի շերտ, որը ծածկում է բարիում, իտրիում և թթվածին պարունակող միջանկյալ շերտերը: Գերհաղորդականության ազդեցությունը, երբ ճառագայթվում է լազերային լույսով, տեղի է ունենում հենց պղնձի օքսիդի վերին շերտերում, որոնցում տեղի է ունենում էլեկտրոնային զույգերի ինտենսիվ ձևավորում, այսպես կոչված, Կուպերի զույգեր: Այս զույգերը կարող են շարժվել բյուրեղային շերտերի միջև թունելային էֆեկտի շնորհիվ, և դա ցույց է տալիս դիտարկվող էֆեկտների քվանտային բնույթը։ Իսկ նորմալ պայմաններում YBCO բյուրեղները գերհաղորդիչներ են դառնում միայն այս նյութի կրիտիկական կետից ցածր ջերմաստիճանում:

2013 թվականին անցկացված փորձերի ժամանակ գիտնականները պարզել են, որ YBCO բյուրեղի վրա հզոր ինֆրակարմիր լազեր շողալով նյութը կարճ ժամանակով վերածվել է գերհաղորդիչ սենյակային ջերմաստիճանում: Ակնհայտ է, որ լազերային լույսը ազդում է նյութի շերտերի միջև կպչունության վրա, թեև այս ազդեցության մեխանիզմը դեռևս լիովին պարզ չէ: Իսկ տեղի ունեցածի բոլոր մանրամասները պարզելու համար գիտնականները դիմել են LCLS լազերի՝ մինչ օրս ամենահզոր ռենտգեն լազերի հնարավորություններին:

«Մենք սկսեցինք նյութին հարվածել ինֆրակարմիր լույսի իմպուլսներով, որոնք գրգռեցին որոշ ատոմներ՝ ստիպելով նրանց թրթռալ բավականին ուժեղ ամպլիտուդով»:
- ասում է Մաքս Պլանկի ինստիտուտի ֆիզիկոս Ռոման Մանկովսկին, -«Այնուհետև մենք օգտագործեցինք ռենտգենյան լազերային իմպուլս անմիջապես ինֆրակարմիր լազերային զարկերակին հաջորդող՝ բյուրեղային ցանցում տեղի ունեցած տեղաշարժի ճշգրիտ չափը չափելու համար»:

Արդյունքները ցույց են տվել, որ ինֆրակարմիր լույսի զարկերակը ոչ միայն գրգռում է ատոմները և նրանց թրթռում է առաջացնում, այլև բյուրեղային ցանցում նրանց դիրքից դուրս բերում: Սա շատ կարճ ժամանակով փոքրացրեց պղնձի օքսիդի շերտերի և բյուրեղի այլ շերտերի միջև եղած հեռավորությունը, ինչն իր հերթին հանգեցրեց նրանց միջև քվանտային միացման էֆեկտի դրսևորման աճին։ Արդյունքում բյուրեղը դառնում է գերհաղորդիչ սենյակային ջերմաստիճանում, թեև այս վիճակը կարող է տևել ընդամենը մի քանի պիկովայրկյան։

«Մեր ստացած արդյունքները թույլ կտան որոշակի փոփոխություններ կատարել և բարելավել բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների գոյություն ունեցող տեսությունը։ Բացի այդ, մեր տվյալները անգնահատելի օգնություն կտրամադրեն նյութերագետներին, որոնք մշակում են բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ նոր նյութեր՝ բարձր կրիտիկական ջերմաստիճանով»: - ասում է Ռոման Մանկովսկին, -«Եվ, ի վերջո, այս ամենը, հուսով եմ, կհանգեցնի սենյակային ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ նյութի երազանքին, որն ընդհանրապես սառեցում չի պահանջում: Եվ նման նյութի ի հայտ գալն իր հերթին կարող է բազմաթիվ բեկումներ ապահովել մի շարք այլ ոլորտներում, որոնք օգտվում են գերհաղորդականության երևույթից»: