Проблема - 2   ::   Китайгородский Александр Исаакович

Однако все эти попытки остались безуспешными. 10–20 °К – вот чего удалось добиться в течение многолетних изысканий.

Вполне естественно, что в поисках сверхпроводников исследователи ограничивались исключительно металлами и металлическими сплавами. Логика очевидна: ведь они лучшие проводники электрического тока. После же того, как теория, кстати, весьма хитроумная (не случайно же между открытием факта и его объяснением прошел столь длительный срок!), была найдена, специалисты постепенно стали задавать себе такой вопрос: «А, собственно, почему сверхпроводники надо искать в классе металлов? Ведь сверхпроводящее состояние ничуть не похоже на обычное проводящее...»

Теперь я сделаю робкую попытку объяснить, нет, пожалуй, лишь намекнуть читателю, в чем заключается различие между сверхпроводящим и проводящим состояниями твердых тел.

Лекторы знают: если желаешь быть понятым, то строй свой рассказ так, чтобы, по крайней мере, половина сведений, которые ты сообщаешь аудитории, была ей известна. Я надеюсь, что к этой половине относятся следующие утверждения. Атом представляет собой положительно заряженное ядро, окруженное отрицательными электронами. Из них внешние отрываются от него с наименьшими усилиями. Особенность металла в том, что его атомы отдают часть внешних электронов в общее пользование. Эти обобщенные электроны называют иногда электронным газом. В нормальном состоянии они ведут себя как индивидуалисты: беспорядочно мечутся среди атомов. Когда провод подключен к сети, аккумулятору или батарейке, толпа электронов начинает перемещаться вдоль него. Но хаотичность движения сохраняется: электроны наталкиваются на атомы, мешают друг другу. В этом и заключается причина электрического сопротивления. Чем выше температура, тем больше беспорядок, царящий внутри металла, тем значительнее сопротивление.

Еще в XIX веке было установлено, что в мире атомов существуют две противоположные тенденции: стремление к беспорядку, который возникает благодаря тепловому движению – неотъемлемому свойству материи, и стремление к упорядоченному расположению и движению частиц, которому соответствует наибольшая устойчивость. По последней причине газ при снижении температуры сгущается в жидкость, а жидкость затвердевает в кристалл – идеал порядка: атомы расположены на одинаковых расстояниях друг от друга, а движения их согласованы и напоминают морские волны.

Теория сверхпроводимости показала, что подобные две тенденции имеют отношение и к перемещению электронов. Когда температура достигает некоторого критического значения, часть электронов начинает выстраиваться в ряды и двигаться в такт. По мере понижения температуры беспорядочная толпа электронов редеет, и один за одним «индивидуалисты» подстраиваются к «маршевым ротам». Соразмеряя свой «шаг» с движениями окружающих их атомов и несвободных электронов, «роты» делают бросок вдоль проводника без сопротивления, подтверждая поговорку – «в единении сила».

Взяв на вооружение такую модель, оказалось возможным прикидывать: каковы же те условия, когда переход в сверхпроводящее состояние совершается при достаточно высоких температурах?

Увы, сама теория пока далека от совершенства. Она не способна объяснить, почему один металл становится сверхпроводником при температуре, скажем, 8 °К, а у его соседа по менделеевской таблице, тоже металла, необычное состояние не возникает и в сотых градуса от абсолютного нуля.

Тем не менее эта теория высоко ценится физиками. Некоторые ее экспериментально проверенные выводы и служат нам путеводными нитями, указаниями при подготовке планов, как добраться до «высокотемпературных» сверхпроводников.