Вода усиливает сверхпроводимость

Вода усиливает сверхпроводимость? (Юрий Ерин, Элементы)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 120
Чтобы усилить сверхпроводимость (повысить критическую температуру сверхпроводящего перехода), ученые
обычно прибегают к сильному сжатию исследуемого образца или добавлению в его состав специально подобранного химического элемента (допированию). Группа японских физиков во главе с Хидео Хосоно, который первым открыл высокотемпературную сверхпроводимость в железосодержащих сплавах, обнаружила сверхпроводящий переход с критической температурой 25 К в абсолютно недопированных и несжатых пленках SrFe2As2. Эксперименты исследователей указывают на то, что сверхпроводимость в данном соединении возникает под
действием воды, которую оно поглощает из воздуха.
«Усилить» сверхпроводимость в веществе, то есть повысить критическую температуру, можно двумя способами. Во-первых, сжимая данное
вещество. Так, в сверхпроводнике HgBa2Ca2Сu3O8, находящемся под огромным давлением 3,1 ГПа, или 31 тыс. атмосфер, критическая температура
прыгает сразу на 31 К — со 134 до 165 К; это наибольшее проверенное значение Tc на сегодняшний
день. И, во-вторых, допируя данное вещество каким-либо другим веществом — то есть заменяя часть
атомов одного элемента атомами другого. Так, открытый в 1986 году один самых первых (хронологически самым первым было открыто синтезированное Георгом Беднорцем и Карлом Мюллером соединение La2-xBaxCuO4 с Tc = 30 К) высокотемпературных сверхпроводников соединение La2-xSrxCuO4 —
лантановая керамика, допированная стронцием, так что степень допирования x равна 0,15, — имеет
максимальную критическую температуру 40 К и является сверхпроводящим, если степень допирования находится в интервале от 0,05 до 0,3. Если же x не принадлежит данному интервалу или вообще
не происходит замены части атомов лантана на атомы стронция, то такое вещество будет диэлектриком и не станет сверхпроводящим ни при каких условиях.
Оказалось, что есть еще и третий вариант: просто выдержать в течение нескольких часов приготовленный образец на воздухе, позволив ему поглощать водяной пар из атмосферы, — и получим
сверхпроводник. Статья группы японских ученых, обнаруживших это явление, недавно появилась в
Архиве электронных препринтов. На первый взгляд это похоже на спекуляцию или на непроверенные
данные, однако работа японских физиков привлекла внимание научного мира из-за авторитетности
имени руководителя этой группы и соавтора обсуждаемой публикации — Хидео Хосоно. Именно он
Рис. 1. Изменение с температурой удельного
открыл сверхпроводимость в содержащих железо сверхпроводниках ReOFeAs (где Re — редкозесопротивления не допированной кобальтом
мельный
металл), допированных фтором.
пленки SrFe2As2 — непосредственно после ее
Небольшое историческое отступление. С февраля 2007 года, когда группа Хосоно открыла
выращивания (virgin, черная линия), выдержанной на воздухе в течение 2 часов после получе- сверхпроводимость в сплаве LaO1-xFxFeAs (степень допирования менялась от 0,05 до 0,12) с Tc = 26 К,
ния (красная кривая), 4 часов (розовая кривая) по настоящее время список сверхпроводников, имеющих железо в своем составе, существенно раси 6 часов (синяя кривая). На кривых, соответст- ширился. По сути, можно выделить 4 семейства таких сверхпроводников: 1) семейство, с которого всё
вующих 4 и 6 часам явно просматривается на- началось, — ReOFeAs, 2) AeFeAs (где Ae — щелочноземельные металлы, например стронций Sr),
чало сверхпроводящего перехода при темпера- 3) AFeAs (где A — щелочные металлы) и 4) совсем недавно обнаруженное семейство FeSe. Макситуре 25 К. Рис. из обсуждаемой статьи.
мальная критическая температура 56 К наблюдалась в соединении GdFeAsO, но только допирован-
ным уже не «традиционным» фтором, а торием Th.
Хосоно и его коллеги занималась изучением сверхпроводимости в пленках SrFe2As2, «разбавленных» кобальтом (атомы кобальта частично заменяли собой атомы железа). Ранее ими было
показано, что в таком сплаве Tc = 20 К. В недопированном состоянии, то есть без примесей кобальта, пленка вообще не переходит в сверхпроводящее состояние, как и любой другой железосодержащий сверхпроводник, будь он в форме пленки, моно- или поликристалла. Обычно измерения сопротивления с целью выявления сверхпроводящего перехода в исследуемых образцах ученые проводят сразу после приготовления сплава. Хосоно с сотрудниками решили повторно измерить температурную зависимость сопротивления для «отработанных» образцов спустя значительное время
(несколько часов) после их «выпечки». Удивительно, но пленки, без всякого допирования кобальтом, начали проводить ток без сопротивления при температуре 25 К и ниже! Это даже на 5 К выше,
чем в случае с добавлением кобальта в эти пленки. Зависимость их удельного сопротивления от
температуры приведена на рис. 1. Получается, что, выдержав в своей лаборатории пленку соединения SrFe2As2 на воздухе с относительной влажностью 40–70% в течение 6 часов, ученые смогли
наблюдать четкий сверхпроводящий переход с Tc = 25 К. Японцам ничего не оставалось, как выдвинуть предположение, что причина такого явления — вода, поглощаемая пленкой из воздуха.
Чтобы удостовериться в том, что «катализатором» сверхпроводимости в этом сплаве является действительно водяной пар, содержащийся в воздухе, пленки выдерживались 24 часа
в атмосферах других газов — азота, кислорода и углекислого газа. Резистивные измерения показали, что практически вплоть до абсолютного нуля сверхпроводящего перехода не наблюдалось
(рис. 2). И лишь присутствие водяного пара снова рождало сверхпроводимость в SrFe2As2.
По-видимому, считают авторы, данное вещество благодаря воде испытывает какие-то структурные или химические изменения, которые приводят к появлению в нём сверхпроводящего перехода. Если эксперименты группы Хосоно подтвердятся в других лабораториях и на других железосодержащих соединениях, то теоретики получат новый возможный механизм сверхпроводимости
в этой группе сверхпроводников.
Источник: Hidenori Hiramatsu, Takayoshi Katase, Toshio Kamiya, Masahiro Hirano, and Hideo
Hosono. Water-induced superconductivity in SrFe2As2 // arXiv:0903.3710 (22 March 2009).
Землю обстреливает электронами таинственный объект (Известия науки)
Рис. 2. Температурные зависимости удельного
сопротивления не допированных кобальтом пленок SrFe2As2, выдержанных 24 часа в атмосферах
различных газов — азота, кислорода, углекислого
газа и водяного пара (указаны на графиках). Синим пунктиром показано изменение с температурой удельного сопротивления пленки непосредственно после ее выращивания (virgin). Рис. из обсуждаемой статьи.
Международной группе ученых из США, России, Германии и Китая, возможно, удалось обнаружить следы частиц темной материи, которая
вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной. Как подчеркнул участник исследования директор Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ (НИИЯФ), профессор Михаил Панасюк, темная материя, проявляющая себя только через гравитацию, состоит из частиц, практически не взаимодействующих с обычной материей, но при своей аннигиляции порождающих электроны огромной энергии. Именно такие
электроны удалось выявить в составе бомбардирующих Землю космических лучей прибору ATIC, который был установлен на высотном аэростате,
летавшем над Антарктидой на высоте 35 километров.
В течение пяти недель наблюдений в 2000-м и 2003 году детектор зафиксировал 70 электронов с энергиями от 300 до 800 ГЭв. Другой участник исследования, Джон Вефел из Университета Луизианы (США), сравнил это с ситуацией на дороге, где среди обычных машин вдруг появляется
сразу десяток роскошных спорткаров. По словам Вефела, трудно ожидать увидеть так много спортивных машин на дороге — или так много электронов очень высоких энергий в космических лучах.
Единственное объяснение: Землю обстреливает такими электронами таинственный объект. Скорее всего, сгусток темной материи. Однако, как
подчеркнул профессор Панасюк, электроны с такой энергией не могут пролетать большие, по космическим меркам, расстояния, поскольку тормозятся
существующими в Галактике магнитными полями. Согласно расчетам, источник этих электронов — предположительно облако или сгусток темной материи — должен располагаться вблизи Солнечной системы, всего в каких-то 3 тысячах световых лет от Солнца. По заявлению Вефела, впервые обнаружен дискретный источник космических лучей, выделяющийся из общегалактического фона. Теория Калуцы — Клейна говорит о существовании
частиц с энергией 620 ГЭв, которые могут при аннигиляции порождать электроны такой же энергии, как и те, что наблюдались в ходе экспериментов.
В соответствии с теорией Калуцы — Клейна физики пытаются объединить гравитацию и другие фундаментальные взаимодействия, вводя дополнительные пространственные измерения. Одним из объяснений природы загадочной темной материи служит утверждение, что ее частицы находятся
как раз в этих дополнительных измерениях.
Впрочем, объяснение появления столь высокоэнергетичных электронов аннигиляцией частиц темной материи не является единственным. Авторы исследования не исключают, что неподалеку от Солнечной системы расположен весьма экзотический объект типа пульсара, небольшой черной
дыры или остатков сверхновой звезды. Все они способны разогнать электроны до таких энергий. Однако с выяснением истины придется подождать,
поскольку прибор ATIC не определяет координаты источника электронов. Но в недалеком будущем это сможет сделать американский орбитальный
гамма-телескоп "Ферми".
Стоит отметить, что в международной группе, которая продолжает свою работу, участвуют шесть сотрудников НИИЯФ, где был изготовлен
важнейший узел прибора ATIC — полупроводниковая матрица-детектор частиц.
Российский "вечный двигатель" прошел первые испытания в космосе (Известия науки)
Российские специалисты из Научно-исследовательского института космических систем провели испытания "вечного двигателя". Движитель без
выброса реактивной массы, с легкой руки журналистов названный "вечным двигателем", был установлен на спутнике "Юбилейный", который в мае
2008 года был выведен на орбиту в качестве попутной нагрузки на ракете-носителе "Рокот". С помощью этого аппарата, который включается автономно или по команде с Земли, спутник должен переходить с одной орбиты на другую. "В июне-июле прошлого года мы провели первые испытания,
результаты их неоднозначны, - признал заместитель генерального директора ГКНПЦ, директор НИИ КС Валерий Меньшиков. - Мы получили некий
результат, который сейчас анализируется". По его словам, в ходе испытаний высветились некоторые проблемы, которые надо решить в дальнейшем,
чтобы внести коррективы в аппарат, однако в целом специалисты положительно оценивают проведенный на орбите эксперимент.
Первоначально двигатель хотели испытывать на МКС, однако затем было принято решение установить его на спутник, где эксперимент, по
мнению конструкторов, получится более чистым. Перемещение происходит за счет движения внутри аппарата жидкого или твердого рабочего тела по
определенной траектории, напоминающей по форме торнадо. При этом в получаемом эффекте движения ученые, возможно, наблюдают неизвестное
явление взаимодействия рабочего тела с полями, природа которых мало изучена, как, например, природа гравитационного поля. Срок работы такого
двигателя - не менее 15 лет, утверждают его разработчики, а максимальное число включений - около 300 тысяч. Для питания используется энергия
солнечных батарей.
Образец двигателя нетрадиционного типа прошел испытания на Земле и получил поддержку в Роскосмосе, где проходил экспертизу. Если испытания в космосе также увенчаются успехом, двигатели без выброса реактивной массы в дальнейшем могут найти применение не только для
управления и коррекции орбит космических аппаратов и орбитальных станций, но и как индивидуальные средства передвижения космонавтов в открытом космосе. "Особое место такие движители займут в наноспутниках - в этом случае масса движителя может быть снижена до нескольких десятков граммов", - отметил Меньшиков. Кроме того, экологически чистый двигатель можно будет использовать и на Земле - на воздушном и наземном
транспорте, отмечает ИТАР-ТАСС.
На Солнце зарегистрирован гигантский протуберанец (CNews.ru)
Крупнейшие за последний год выбросы вещества из атмосферы Солнца были зарегистрированы 17 апреля 2009 года космическими телескопами ТЕСИС на борту российского спутника КОРОНАС-ФОТОН, сообщает пресс-служба проекта "ТЕСИС" Физического института имени
П.Н.Лебедева РАН (ФИАН). С помощью инструментов, работающих на борту спутника в режиме исследования переходного слоя Солнца, удалось в
течение 10 часов наблюдать, как на краю Солнца при полном отсутствии видимой активности был неожиданно сформирован и выброшен в межпланетное пространство протуберанец протяженностью более 600 тыс. километров. Хотя скорость выбрасываемого вещества достигала нескольких сотен километров в секунду, это не гарантирует, что плазма, ушедшая сейчас из атмосферы Солнца, больше не вернется обратно. Обычно скорости
протуберанца недостаточны для преодоления силы притяжения Солнца, и через некоторое время выброшенное вещество падает вниз, рассеиваясь по солнечной поверхности. Как будет на этот раз, покажут дальнейшие наблюдения.
Телескопы ТЕСИС будут следить за этой областью солнечной атмосферы еще и
по другой причине. Траектории, по которым движутся протуберанцы, довольно точно отражают топологию магнитного поля Солнца на соответствующих высотах (горячая плазма как бы растекается по линиям поля, показывая их реальную структуру). В данном
случае, благодаря необычным размерам протуберанца, есть шанс увидеть структуру
магнитного поля Солнца на гигантских высотах, до 2 солнечных радиусов.
Как считают ученые, даже если протуберанец сможет преодолеть силы притяжения Солнца, он практически не имеет шансов встретиться с Землей. Развитие выброса
происходит на восточном лимбе Солнца, который имеет наименьшую геоэффективность
из всех видимых солнечных долгот. Причина в том, что межпланетные линии магнитного
поля, выходящие из этой области Солнца, проходят мимо нашей планеты. При текущей
конфигурации планет и поля эти линии "упираются" в Марс. Это значит, что именно на
поверхности красной планеты может через несколько дней закончить свою жизнь обнаруженный объект.