Осмий К Т 0,65 0,006 Протактиний 1,3 — Рений 1,7 0,02
Следующий элемент мог бы по праву занять место правофлангового. Ведь именно с него началась история сверхпроводимости.
К Т Ртуть 4,15 0,04 3,95 0,03
Замыкают нашу «колонну»:
К Т Рутений 0,5 0,007 Свинец 7,2 0,08 Таллий 2,39 0,002 Тантал 4,49 0,08 Технеций 7,8 0,14 Титан 0,39 0,01 Торий 1,37 0,016 Уран 0,2 - Цинк 0,9 0,005 Цирконий 0,55 0,0047
У читателя, впервые ознакомившегося со списком сверхпроводящих элементов, может мелькнуть мысль, что в нем кое‑что пропущено.
Действительно, где такой элемент, как серебро, удельное сопротивление которого меньше, чем у всех других веществ? А где медь, которая благодаря своему низкому электрическому сопротивлению является прекрасным материалом для электрических проводов? А золото?..
Но увы! По данным, которыми располагают ученые сегодня, ни серебро, ни медь, ни золото, ни некоторые другие металлы и сплавы, являющиеся хорошими проводниками при комнатной температуре, никаких признаков сверхпроводимости не проявляют даже при охлаждении до сколь угодно низкой, доступной нам температуры.
Кроме рассмотренных элементов, существуют и другие, более «привередливые» сверхпроводники. Им низкой температуры мало! Для перевода в сверхпроводящее состояние одновременно с охлаждением их необходимо подвергнуть давлению. К таким сверхпроводникам относятся, например, германий и кремний.
В 1933 году ученый мир потрясло открытие в области сверхпроводимости, сделанное берлинскими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфель- дом, получившее название эффекта Мейснера.
Чтобы понять сущность эффекта Мейснера, вспомним, что обычный металл, находящийся в магнитном поле, пронизывается силовыми линиями магнитного поля.
Иная картина наблюдается у сверхпроводящего металла, помещенного в слабое магнитное поле. При температуре ниже критической силовые линии магнитного поля полностью выталкиваются из сверхпроводника. Индукция поля в толще сверхпроводника равна нулю. В этом и заключается эффект Мейснера.
![]()
Эффект Мейснера: 1 — при температуре выше критической магнитные силовые линии пронизывают толщу сверхпроводника; 2 — при температуре ниже критической магнитные силовые линии выталкиваются из толщи сверхпроводника.
Изучая эффект Мейснера, следует обратить внимание на то, что магнитная индукция равна нулю именно в толще сверхпроводника. В его поверхностном слое толщиной от 10 до 100 нанометров (один нанометр равен одной миллиардной доли метра) возникает постоянный электрический ток, текущий без сопротивления.
Собственное магнитное поле тока, текущего в поверхностном слое сверхпроводника, противоположно внешнему магнитному полю. Происходит полная компенсация, что приводит к нулевому значению индукции поля в толще сверхпроводника.
Представьте себе сверхпроводящую свинцовую чашу с жидким гелием.
![]()
Магнитик парит над сверхпроводящей чашей, подобно гробу Магомета из старинного предания.
Вы опускаете в чашу закрепленный на цепочке небольшой брусковый магнит.
Ниже… Еще ниже. Постепенно словно какая‑то неведомая сила подхватывает магнитик, и он уже самостоятельно «парит» над чашей.
В чем причина этого явления?
Магнитное поле магнитика индуцирует незатухающий ток на поверхности сверхпроводящей свинцовой чаши, который в свою очередь возбуждает магнитное поле. По закону Ленца это поле стремится оттолкнуть магнитик. Когда сила отталкивания сравнивается с силой тяжести, магнитик начинает парить в воздухе.
Этот остроумный эксперимент, впервые в мире проведенный в 1945 году профессором Московского государственного университета Владимиром Константиновичем Аркадьевым, получил шуточное название «гроб Магомета», по аналогии со старинной легендой о гробе Магомета, который парил в воздухе без всякого подвеса.
![]()
Впрочем, настоящий гроб Магомета вряд ли мог парить над сверхпроводящей свинцовой чашей, каких бы она ни была размеров. Чем больше вес магнита, тем более сильное магнитное поле должно его удерживать, а читатель уже знает, что существует критическая величина напряженности магнитного поля, при которой сверхпроводимость разрушается, и эта величина для свинца достаточно мала.
Сверхпроводящее кольцо, по которому протекает незатухающий ток, оказалось «заколдованным кругом». Увеличение тока развеивало «чары» сверхпроводимости.
Это было очень досадно, и исследователи продолжали «колдовать» над сверхпроводимостью.
В начале 30–х годов иностранным ученым, работающим в области низких температур, стало известно, что наряду с такими центрами криогенной техники, как Лейден, Кембридж, Берлин, существует и… Харьков.
Здесь в марте 1931 года при Украинском физико — техническом институте по инициативе и с участием его директора, выдающегося советского физика, впоследствии академика, Ивана Васильевича Обреимова, была организована первая в Советском Союзе специализированная криогенная лаборатория.
![]()
Ее возглавил молодой физик Л. В. Шубников.
![]()
Лев Васильевич Шубников родился 29 сентября 1901 года в Петербурге. В 1926 году он окончил Ленинградский политехнический институт, получив квалификацию инженера — физика.
Еще в студенческие годы Шубников проявил незаурядные способности к проведению исследовательских работ. После окончания института его направляют по путевке Наркомпроса в Лейденскую криогенную лабораторию имени Камерлинг — Оннеса.
С трепетом переступил молодой исследователь порог этого старинного центра криогенной техники, где свято хранились традиции его основателя, человека, первым вступившего в область абсолютного нуля температуры.
Как здесь встретят вчерашнего студента, приехавшего познавать азы криогенной техники?
Шубников совместно с голландским физиком Де Хаазом приступил к исследованиям электрических свойств кристалла висмута в магнитном поле при низких температурах. Они открыли новое, ранее неизвестное явление — периодическое изменение электрического сопротивления висмута в зависимости от магнитного поля. Это явление получило название «эффект Шубникова — Де Хааза».
По возвращении на родину Шубников приложил немало усилий, чтобы обеспечить харьковскую лабораторию современным криогенным оборудованием. Были установлены водородный и гелиевый ожижители и другая аппаратура. В новом криогенном центре начались интенсивные исследования проблемы сверхпроводимости.
В 1934 году Лев Васильевич Шубников и Юрий Николаевич Рябинин независимо от Мейснера и Оксенфельда открыли эффект равенства нулю магнитной индукции в толще сверхпроводника.
«Ну и что же? — может спросить читатель. — Ведь они были не первыми».
Немецкие исследователи открыли этот эффект, изучая картину магнитного поля в окрестности сверхпроводника. Харьковским физикам удалось измерить магнитное поле внутри сверхпроводника, впервые предоставив неопровержимое доказательство существования эффекта Мейснера.
