Открытые два года обратно железосодержащие сверхпроводники возродили интерес к одной из самых интригующих физических проблем современности — построению теории высокотемпературной сверхпроводимости. Главной загадкой на пути решения этой задачи остаются неизвестные и не понятые до сих пор процессы внутри вещества, которые ответственны за его сверхпроводящее состояние и которые позволяют ему иметь высокую критическую температуру (температуру перехода из нормального состояния в сверхпроводящее). Японские ученые в журнале Physical Review Letters опубликовали экспериментальную работу, результаты которой могут внести некоторую определенность в понимание этих внутренних механизмов сверхпроводимости с высокой критической температурой.
Кристаллическая решетка BaFe2As2. Изображение с сайта www.natureasia.com
Сверхпроводимость характеризуется отсутствием электрического сопротивления и идеальным диамагнетизмом (абсолютным непроникновением магнитного поля внутрь материала). Она возникает у веществ, которые имеют температуру ниже определенного, характерного только для них значения. Такая температура называется критической (Tc).
Хотя сверхпроводимость была открыта голландским ученым Хейке Камерлинг-Оннесом вдобавок в начале прошлого века (в 1911 году), объяснено это явление было лишь спустя примерно 50 лет (в 1957 году). Создателями теории сверхпроводимости принято считать Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Они установили, что вещество становится сверхпроводящим благодаря объединению электронов проводимости в пары (именуемые куперовскими) и их дальнейшей синхронизации. Иными словами, все электроны ведут себя как единое неделимое (ни один из электронов не стремится в этом состоянии показать свою «индивидуальность») и благодаря этому обтекают без какого-либо сопротивления кристаллическую решетку вещества.
Появление куперовских пар обусловлено сложным взаимодействием ионов кристаллической решетки и электронов. Электроны обмениваются безмассовыми «почти» частицами (квазичастицами) фононами — квантами колебательного движения ионов. «Почти» — потому что фононы не могут существовать в свободном состоянии, их жизнь ограничена кристаллической решеткой. В результате обмена квазичастицами промеж электронами появляется притяжение, что в свою очередь приводит к образованию куперовских пар. Описанный процесс формирования куперовских пар получил наименование электрон-фононного взаимодействия (механизма). Именно этот механизм и составляет основу теории сверхпроводимости, или теории БКШ, названной так по первым буквам фамилий ее авторов.
Надо сказать, что теория БКШ, как и любая другая физическая теория, не возникла спонтанным образом. Она стала итогом последовательных экспериментальных и теоретических исследований различных ученых. Среди этого многообразия особо стоит выделить публикации английского физика Герберта Фрлиха, который в 1950 году первым указал на существенную роль влияния ионов на электроны в возникновении сверхпроводимости. Из своей идеи профессор смог вывести заключение о том, что критическая температура в семействе изотопов данного сверхпроводника должна быть назад пропорциональна квадратному корню массы иона М (молекулярной массы), то есть Tc ~ M–α (значок «~» обозначает пропорциональность), где α = 0,5. ............
