Сверхпроводник

В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,2 К резко падает до нуля. При меньшей температуре ${\displaystyle T<T_{c}}$ сверхпроводник можно перевести в обычное (несверхпроводящее) состояние, приложив внешнее магнитное поле, напряжённость которого превышает некоторое пороговое ${\displaystyle H_{c}}$ или путём пропускания электрического тока, величина которого также превышает некоторое критическое значение ${\displaystyle I_{c}}$. Потеря электрического сопротивления наблюдалась в экспериментах с незатухающими токами в сверхпроводящих кольцах в течение года. Ещё одно характерное свойство сверхпроводников было открыто в 1933 году Фрицем Вальтером Мейснером и Робертом Оксенфельдом и получило название идеальный диамагнетизм. Эффект вытеснения постоянного магнитного поля из массивного проводника при переходе его в сверхпроводящее состояние впоследствии получило имя Фрица Мейснера (т. н. эффект Мейснера). Братьями Ф. и Х. Лондонами в 1935 году были получены уравнения, определяющие электрические и магнитные поля в сверхпроводниках. Для объяснений свойств сверхпроводников была создана теория электронных пар Бардина, Купера и Шиффера (теория БКШ), а также Гинзбурга — Ландау (теория ГЛ). В 1955 году Алексей Абрикосов обосновал существование сверхпроводников II рода^[1] показав, что переход от одного типа сверпроводников к другому происходит при ${\displaystyle \varkappa ={\frac {1}{\sqrt {2}}}}$.

Сверхпроводник наименьшего размера был создан в 2010 году на основе органического сверхпроводника (BETS)₂GaCl₄^[2][3], где аббревиатура «BETS» означает бисэтилендитиотетраселенафульвален. Созданный сверхпроводник состоит всего из четырёх пар молекул этого вещества при общей длине образца порядка 3,76 нм.

В зависимости от свойств сверхпроводники делят на три группы:

• Сверхпроводники I рода;
• сверхпроводники 1.5 рода (существование подобного типа сверхпроводников находится под вопросом);
• сверхпроводники II (второго) рода.

На рисунке показана температурная зависимость критического поля ${\displaystyle H_{c}}$ от температуры ${\displaystyle T}$, наглядно демонстрирующая разделение сверхпроводников и нормальных металлов.

В представленной ниже таблице перечислены некоторые сверхпроводники и характерные для них величины критической температуры (T_c) и предельного магнитного поля (B_c).

Название материала	Критическая температура ${\displaystyle T_{c}}$, К	Критическое поле ${\displaystyle B_{c}}$, Тл	Год опубликования обнаружения сверхпроводимости
Сверхпроводники I рода
Pb (свинец)	7,26[4]	0,08[5]	1913[4]
Sn (олово)	3,69[4]	0,031[5]	1913[4]
Ta (тантал)	4,38[4]	0,083[5]	1928[4]
Al (алюминий)	1,18[4]	0,01[5]	1933[4]
Zn (цинк)	0,88[5]	0,0053[5]
W (вольфрам)	0,01[5]	0,0001[5]
Сверхпроводники 1.5 рода
Ведутся поиски по теоретической модели[6]
Сверхпроводники II рода
Nb (ниобий)	9,20[4]	0,4[5]	1930[4]
V3Ga	14,5[5]	>35[5]
Nb3Sn	18,0[5]	>25[5]
(Nb3Al)4Ge	20,0[5]
Nb3Ge	23[5]
GeTe	0,17[5]	0,013[5]
SrTiO3	0,2—0,4[5]	>60[5]
MgB2 (диборид магния)	39	?	2001
H2S (сероводород)	203[7]	72[7]	2015[7]

Сверхпроводники используются для создания сверхпроводящих магнитов, а также:

• Квантовый компьютер использует кубиты, основанные на сверхпроводниках.
• Сверхпроводники также используют для создания мощного магнитного поля, к примеру ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor; Международный экспериментальный термоядерный реактор), в котором сверхпроводники, создавая магнитное поле, удерживают высокотемпературную плазму, не давая ей контактировать со стенками реактора.
• Сверхпроводники используются в ЯМР-томографах (ЯМР — ядерный магнитный резонанс).
• Сверхпроводники используются в сверхмощных турбогенераторах КГТ-20 и КГТ-1000 на основе сверхпроводимости ^[8], ^[9], и при разработке сверхпроводящих электрических машин.
• Сверхпроводники используются в соленоидах сверхпроводящих магнитов.
• Сверхпроводники используются для изготовления сверхпроводящих проводов.