Штурм абсолютного нуля

Такие явления наблюдаются в очень сложных по своему составу парамагнитных солях, в которых, кроме магнитных частиц, есть много других немагнитных частиц, например в цериевомагниевом нитрате. В этом веществе магнитиками являются только ионы церия. Но на каждый ион церия приходится примерно 60 других, немагнитных атомов.

Магнитики так сильно разбавлены немагнитными частицами, что беспорядок в ориентации ионов церия сохраняется даже при очень низких температурах.

В парамагнитном веществе беспорядок может изменяться не только при изменении его температуры, но и при изменении его магнитного состояния.

Если парамагнитную соль поместить в постоянное магнитное поле, то все магнитики — ионы выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, наводится порядок в ориентации ионов. Если это поле убрать, снова создается беспорядок.

Практически магнитное охлаждение осуществляется следующим образом (см. схему на стр. 72).

Парамагнитную соль, находящуюся в ампуле а, заполненной газообразным гелием, помещают в сосуд с жидким гелием, температура которого равна примерно 1К, расположенный в магнитном поле между полюсами электромагнита (1).

Газообразный гелий в ампуле обеспечивает хороший тепловой контакт с жидким гелием. Таким образом, температура парамагнитной соли совпадает с температурой окружающего жидкого гелия.

Затем из ампулы откачивают газообразный гелий, обеспечив тем самым теплоизоляцию соли от окружающей среды (2).

Потом отключают магнитное поле, что ведет к разориентации магнитиков (3).

На разориентацию магнитиков расходуется энергия теплового движения ионов, что приводит к дальнейшему охлаждению соли.

С помощью этого метода можно получить температуры, лишь на тысячные доли кельвина отличающиеся от абсолютного нуля. В современной технике чаще применяется другой, более удобный способ охлаждения до температур, приближающихся к абсолютному нулю, о котором вы прочтете в главе седьмой.

В интервале «магнитных температур» (от 1К и ниже) была обнаружена новая серия сверхпроводников: кадмий, иридий, рутений, титан и другие.

Магнитное охлаждение: а — ампула; А — жидкий гелий; Б — газообразный гелий; В — вакуум. 1 — под действием магнитного поля магнитики — ионы парамагнитной соли, охлажденной жидким гелием, выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля; 2— откачкой газообразного гелия достигается теплоизоляция соли от окружающей среды; 3— при отключении магнитного поля происходит разориентация магнитиков и дальнейшее охлаждение соли.

Теперь остается представить читателю известные на сегодня сверхпроводящие элементы.

Для этого рядом с названием элемента указываются два числа: критическая температура в кельвинах (К) и критическое магнитное поле в теслах (Т), в тех случаях, когда оно известно.

Алюминий	К	Т
	1,19	0,01
Бериллий	0,026	-
Ванадий	5,3	0,14
Вольфрам	0,015	0,11
Галлий	1,09	0,006
	6,5	0,056
	7,5	0,95

Но почему около галлия стоят сразу три пары чисел?

Оказывается, некоторые элементы существуют в виде двух или большего количества простых веществ, отличающихся друг от друга, например, структурой кристаллической решетки. В науке это явление известно под названием аллотропии (от греческого — «другое свойство»).

Разные аллотропические формы одного и того же элемента могут иметь разные критические температуры перехода в сверхпроводящее состояние и разное критическое магнитное поле.

Но продолжим наш «парад».

	К	Т
Индий	3,4	0,03
Иридий	0,14	0,002
Кадмий	0,55	0,003
Лантан	4,8	0,08
	6,0	0,16
Молибден	0,92	0,01
Ниобий	9,2	0,2
Олово	3,72	0,03
	5,3

Осмий	К	Т
	0,65	0,006
Протактиний	1,3	—
Рений	1,7	0,02

Следующий элемент мог бы по праву занять место правофлангового. Ведь именно с него началась история сверхпроводимости.

	К	Т
Ртуть	4,15	0,04
	3,95	0,03

Замыкают нашу «колонну»:

	К	Т
Рутений	0,5	0,007
Свинец	7,2	0,08
Таллий	2,39	0,002
Тантал	4,49	0,08
Технеций	7,8	0,14
Титан	0,39	0,01
Торий	1,37	0,016
Уран	0,2	-
Цинк	0,9	0,005
Цирконий	0,55	0,0047

У читателя, впервые ознакомившегося со списком сверхпроводящих элементов, может мелькнуть мысль, что в нем кое‑что пропущено.

Действительно, где такой элемент, как серебро, удельное сопротивление которого меньше, чем у всех других веществ? А где медь, которая благодаря своему низкому электрическому сопротивлению является прекрасным материалом для электрических проводов? А золото?..