Kỷ niệm 75 năm phát hiện ra chất siêu dẫn

14

Phạm vi nghiên cứu của Coulomb trong lĩnh vực điện rất rộng. Ông nghiên cứu hiện tượng rò rỉ điện tích, phân bố điện tích trên bề mặt của dây dẫn có hình dạng phức tạp, nghiên cứu hiệu ứng cảm ứng của dây dẫn tích điện lên dây trung tính, v.v. Nói chung, kết quả mà Coulomb thu được đã trở thành cơ sở thực nghiệm cho lý thuyết định lượng nhất quán đầu tiên về điện do nhà toán học người Pháp S. Poisson phát triển vào năm 1811.

Năm 1789, cuộc cách mạng tư sản vĩ đại của Pháp bắt đầu, làm đảo lộn toàn bộ cơ cấu xã hội Pháp. Các sự kiện mang tính cách mạng cũng ảnh hưởng đến Coulomb. Năm 1791, ông nghỉ hưu với cấp bậc thiếu tá. Năm 1793, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia bị giải thể. Coulon và gia đình rời Paris và sống xa thủ đô trong một năm rưỡi.

Tuy nhiên, một nhà khoa học vĩ đại như Coulomb không thể đứng ngoài đời sống khoa học lâu được. Năm 1795, Viện Pháp được thành lập, thay thế Học viện cũ. Trong số những thành viên đầu tiên của Viện có Coulon. Sau khi được bầu vào Học viện mới và trở về Paris, nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu của mình, mặc dù cường độ của nó dần giảm bớt.

Trong những năm cuối đời, Coulomb đã cống hiến rất nhiều tâm huyết cho công việc của mình với tư cách là tổng thanh tra giáo dục công, tham gia vào quá trình chuyển đổi căn bản hệ thống giáo dục ở Pháp.

Nhà khoa học qua đời ở Paris năm 1806.

Lịch của chúng tôi

Kỷ niệm 75 năm phát hiện ra chất siêu dẫn

Tính siêu dẫn được phát hiện vào năm 1911 bởi nhà vật lý người Hà Lan, giáo sư tại Đại học Leiden G. Kamerlingh-Onis. Ý nghĩa của khám phá này là gì?

Năm 1908, Kamerlingh-Onises, lần đầu tiên, đã phục hồi helium (nhiệt độ sôi của nó ở áp suất khí quyển là 4,2 K), đã tạo ra vùng có nhiệt độ rất thấp để nghiên cứu: Như hiện nay chúng ta đã biết rõ, ở vùng nhiệt độ này nhiều kim loại, hợp kim và hợp chất thể hiện tính siêu dẫn. Có vẻ như việc phát hiện ra chất siêu dẫn là điều tất yếu - đơn giản là không thể không vấp phải nó, đặc biệt là khi những thay đổi

Chúng ta ăn kim loại khi đạt đến nhiệt độ hấp thụ. Lý thuyết lúc đó vẫn không thể đưa ra đáp số, và có hai nguyên mẫu hoàn toàn trái ngược nhau. Một người - theo sau Kelvin - tin rằng ở mức 0 abscylotic, kim loại sẽ trở thành

15

một chất cách điện (điện trở của nó sẽ trở nên vô cùng lớn), trong khi những người khác tách riêng Dewar, người tin rằng khi nó tiến tới 0, điện trở sẽ giảm dần không giới hạn (hình 1).

Kamerlingh Onnes chỉ có thể bắt đầu nghiên cứu độ bền của kim loại ở nhiệt độ “helium” vào cuối năm 1910. Và ngay lập tức người ta cho rằng ông sẽ hối tiếc: cả hai dự báo - Kelvin và Dewar - đều hóa ra là sai. Các phép đo trên dây từ một tấm sạch cho thấy rằng ở mức làm mát sâu nhất, điện trở không còn phụ thuộc vào nhiệt độ (xem hình 1). Đối chiếu kết quả mới với dữ liệu trước đó của ông thu được trong các phép đo ở nhiệt độ không quá thấp, nhà vật lý người Hà Lan đã đi đến kết luận: tọa độ của phần nằm ngang của sự phụ thuộc $R(T)$ phải nhỏ hơn, kim loại càng tinh khiết. Và do đó, trong trường hợp kim loại có độ tinh khiết lý tưởng, $R$ sẽ biến mất ngay cả trước khi tiếp cận $T=0$. Từ quan điểm của lý thuyết điện tử cổ điển về kim loại, việc giảm điện trở xuống 0 ở nhiệt độ khác 0 dường như hoàn toàn không thể tưởng tượng được, và Kamerlingh Onnes quyết định nghiêng về cách giải thích lý thuyết lượng tử, lý thuyết này mới được công nhận rộng rãi vào thời điểm này. Vì vậy, ông đã có thể rút ra các hệ số phụ thuộc $R(T)$, điều đáng lẽ phải có đối với một kim loại nguyên chất lý tưởng.

Rõ ràng là việc xác minh bằng thực nghiệm sự phụ thuộc này đòi hỏi một kim loại có độ tinh khiết tối đa. Vào thời đó, chỉ có rue, loại rượu có thể dễ dàng được tinh chế một cách hiệu quả bằng cách chưng cất, mới có thể đảm nhận vai trò này. Nhưng Kamerlingh Onnes là một nhà thí nghiệm giàu kinh nghiệm và hiểu rất rõ việc xử lý rue bất tiện như thế nào. Thật vậy, để tăng độ chính xác của các phép đo điện trở, giá trị của điện trở này phải càng lớn càng tốt, nghĩa là đối với các thí nghiệm, cần phải sử dụng hệ thống dây điện dài. Và rue là chất lỏng! Do đó, trước tiên, nhà khoa học, sử dụng công thức phụ thuộc $R(T)$, ước tính những gì có thể mong đợi từ một thí nghiệm như vậy. Tính toán cho thấy ở nhiệt độ 4,3 K điện trở đường truyền vẫn còn đáng kể và ở nhiệt độ 3 K nó sẽ giảm xuống mức thấp không đổi. Như vậy, tầm quan trọng của cơ hội đã mở ra để vạch ra trong thí nghiệm bức tranh toàn cảnh về sự biến mất của lực cản, và có tầm nhìn dài hạn trước mắt, cần phải dấn thân vào cuộc đấu tranh cam go với những khó khăn thử nghiệm.

Chỉ sau một số nỗ lực không thành công, Kamerlingh Onnes và sự trợ giúp của ông, nhà chế tạo thủy tinh điêu luyện, đã phát triển được loại mẫu cần thiết để đo - một cấu trúc tích lũy, hình eigzag của các mao quản thủy tinh tốt nhất, bên trong đó là một kênh có đường kính khoảng 50 micron chứa đầy chất lỏng, tạo thành một “sợi” duy nhất dài khoảng 1 m (hình 2). Thật dễ dàng để tưởng tượng một mẫu như vậy đã gây ra bao nhiêu rắc rối. Chỉ cần một cử động bất cẩn nhỏ nhất, với tốc độ đi bộ mạnh hoặc bị nóng lên, các mao mạch thủy tinh sẽ nứt và vỡ ra; Đôi khi khi bị đóng băng, một sợi chỉ khó bị đứt.

Tuy nhiên, kỹ năng thử nghiệm thực sự đã chiến thắng. Vào mùa xuân năm 1911, Kamerlingh Onnes đã chiến thắng: kinh nghiệm rất phù hợp với các ý tưởng lý thuyết! - cho thấy rằng điện trở của thói quen thuần túy, ngay cả khi đo đầy đủ ở nhiệt độ 4,3 K, ở 3 K thực sự trở nên vô hạn.

Tuy nhiên, những phép đo chính xác hơn nữa đã làm lung lay niềm tin của nhà khoa học vào lý thuyết của ông.

Hình 3.

Hóa ra là mức kháng cự biến mất đột ngột (hình 3), trong khi công thức cho $R(T)$ dự đoán, tuy là hình tròn nhưng vẫn là mức giảm nhẹ của mức kháng cự. Kết quả là, hóa ra sự trùng hợp giữa lý thuyết Kamerlingh-Onnes với kinh nghiệm nói chung hoàn toàn là ngẫu nhiên. Các nhà khoa học đã phát hiện ra một hiện tượng mới về cơ bản - tính siêu dẫn.

Nhiệm vụ giải thích bản chất vật lý của tự nhiên hóa ra cực kỳ khó khăn và không thể giải quyết được trong khoảng nửa thế kỷ. Lý thuyết về hiện tượng này chỉ được tạo ra vào năm 1957 bởi nhà khoa học người Mỹ J. Bardeen, L. Cooper và J. Schriefer và nhà khoa học Liên Xô N. N. Bogolyubov.

Nghiên cứu của chúng tôi về tính siêu dẫn đã trở thành một trong những nghiên cứu sâu sắc nhất về vật lý chất rắn. Những thành công to lớn cũng đã đạt được trong ứng dụng thực tế của chất siêu dẫn - các thiết bị siêu nhạy để đo những thay đổi điện từ dựa trên hiện tượng này đã được đưa vào hoạt động; Các cuộn dây điện từ siêu dẫn được sử dụng rộng rãi, tạo ra từ trường với khối lượng và cường độ mà người ta thậm chí không thể mơ tới trong trường hợp cuộn dây làm bằng dây dẫn thông thường.

Trong tương lai gần, ngành năng lượng công nghiệp sẽ đón nhận những động cơ điện siêu dẫn và động cơ điện có hiệu suất cực kỳ cao; Công việc đang được tiến hành để tạo ra các siêu máy tính có khả năng vượt qua khả năng chụp ảnh nhiệt và bộ nhớ.

V. E. Yavelov