Проблема № 2 - [2]

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. Заветная мечта – получить материал, чудесные свойства которого проявлялись бы при комнатной температуре. Но даже если бы удалось создать вещество, превращающееся в сверхпроводник при температуре легкодоступного и относительно дешевого жидкого азота 77 °К, то и это было бы огромной победой.

Упомяну только об одном из теоретических указаний. Для того чтобы «маршевая рота» втянула бы в свое упорядоченное движение окружающие несвободные (привязанные к своему месту) электроны, частички остова должны быть полегче.

А раз так, то поиск новых сверхпроводников можно направить по трем направлениям. Во-первых, не попытаться ли получить металлический водород – ведь более легких ядер нет на свете? Вторая идея, принадлежащая американскому профессору Литтлу: нельзя ли создать длинную молекулу с проводящим «хребтом», а порядок в перемещении частичек вдоль «хребта» поддерживался бы довесками несвободных, но легко смещающихся электронов? И наконец, третья идея, предложенная и разрабатываемая в Физическом институте АН СССР академиком В. Гинзбургом и его учениками: не составить ли «бутерброд» из толстых кусков изолятора и тонкого металлического слоя между ними? К внешним обкладкам предъявляется то же требование, что и к довескам в модели Литтла: их электроны, оставаясь связанными со «своими» атомами, должны быть легкоподвижными. Лишь в этом случае они будут поддерживать маршевое движение электронов проводимости вдоль металлического слоя.

Создание согласованного движения за счет заключения пакта о взаимопомощи между свободными и связанными электронами – совсем новая мысль. Расчеты подтверждают ее реалистичность: атомные ядра могут и не быть помехой коллективной сверхпроводящей жизни частичек.

На пути практического осуществления всех трех идей стоят грандиозные трудности. Металлический водород пока получают лишь при давлениях в миллионы атмосфер. Эти работы возглавляет академик Л. Верещагин в Институте физики высоких давлений АН СССР. И еще далеко не ясно, удастся ли сохранить этот необычный материал, вынув его из лона машины. Специалисты осторожно говорят: может быть, удастся. И уже одного этого «может быть» достаточно для того, чтобы не жалеть усилий для достижения заманчивой цели.

Вторая дорога не менее тернистая. К сожалению, теоретики не в силах дать точных указаний, как должна выглядеть длинная сверхпроводящая молекула, какие довески должны быть валентно связаны с ее «хребтом». Значит, трудиться надо в известной степени вслепую. Придется синтезировать тысячи разных высокополимерных веществ, а ведь каждый отдельный синтез – это большая научная задача.

Что же касается третьего пути, то о нем можно сказать пока единственное: на что-что, а на шоссе он не смахивает. Аналогия с деревенскими проселками, которые замысловато петляют, обходят лесные участки и болота, будет гораздо уместней. Как изготовить металлический слой атомной толщины, как закрепить его между изоляционными обкладками?

Достаточен ли для этой цели механический контакт или необходимо сделать так, чтобы «бутерброд» был спаян химическими силами? На все эти и многие другие вопросы предстоит получить ответ физикам и химикам.

Дабы добиться успеха, им надо работать в очень тесном содружестве.

Увы, несмотря на высокое звание – проблема № 2, силы и средства, брошенные на ее решение, пока что не соответствуют ее значению для научно-технического прогресса.