Высокотемпературная сверхпроводимость?

Редкое явление имеет такую удивительную историю, как сверхпроводимость – открытие, сделанное Камерлинг-Оннесом в 1911 году. Но все сверхпроводники переходили в сверхпроводящее состояние при очень низких температурах – вблизи абсолютного нуля. Неужели замечательное явление – сверхпроводимость – так и останется навсегда низкотемпературным феноменом? Оказывается, еще в 1964 году американец Литтл высказал интересную идею насчет высокотемпературной сверхпроводимости. В его гипотетической модели высокотемпературная сверхпроводимость должна была возникать при температурах порядка 10000К!

Высокотемпературная сверхпроводимость должна была возникать при температурах порядка 1000 К

Оказалось, что сверхпроводимость возникает потому, что в металлах между электронами действуют небольшие силы... притяжения. Конечно, закон Кулона не отменяется, и два электрона продолжают отталкивать друг друга. Но кроме этого отталкивания, в металле возникают еще и силы притяжения.

Электрон в металле – это не электрон в пустоте, он окружен со всех сторон тяжелыми ионами, образующими кристаллическую решетку. Пролетая через какой-то участок металла, электрон притягивает к себе окружающие его ионы и тем самым пытается несколько сместить их. Когда на это место через небольшое время попадает другой электрон, он видит перед собой возмущенные первым электроном ионы и тем самым как бы "ощущает" его присутствие. Косвенное взаимодействие между электронами передается через смещение ионов и приводит к возникновению силы притяжения.

В некоторых металлах притяжение между электронами больше кулоновского отталкивания. В них устанавливается порядок в электронных движениях, который беспорядочное тепловое движение будет со своей стороны стремиться уничтожить. Но при понижении температуры влияние теплового движения будет уменьшаться, и металл рано или поздно должен непременно перейти в сверхпроводящее состояние.

То, что температуры перехода в сверхпроводящее состояние обычных металлов и сплавов малы – результат слабости сил притяжения, возникающих между электронами. Нельзя ли устроить как-нибудь так, чтобы силы притяжения между электронами возникали не из-за смещения ионов, а, скажем, из-за смещения более легких электронов? Электроны намного легче ионов, смещаться они будут гораздо охотнее. Силы притяжения сильно возрастут, и вместе с ними возрастут и температуры сверхпроводящего перехода. Нужно только как-то разделить электроны, принимающие участие в проводимости, от электронов, обеспечивающих притяжение между ними.

Представим себе одномерную цепочку атомов, например, углерода, или какого-нибудь другого элемента, по которому может течь электрический ток. Присадим по бокам этой цепочки на каком-то расстоянии друг от друга большие группы атомов, способных легко поляризоваться. Электроны этой группы будут легко перемещаться из одного ее конца в другой под действием электрического поля. Электрон проводящей цепочки, пролетая мимо каждой боковой группы, вызовет смещение ее электронов. А другой проводящий электрон будет ощущать влияние этого смещения. И между электронами проводимости будет опять возникать эффективное притяжение, как и в случае перемещения ионов. Только теперь оно будет гораздо больше. Вычисления показывают, что при температурах порядка 10000К должна бы возникать высокотемпературная сверхпроводимость!

Инструменты