Путь к комнатной сверхпроводимости. Сверхпроводимость при комнатной температуре и выше

Международная команда физиков во главе с учеными из Института Макса Планка в Гамбурге смогли с помощью лазерных импульсов заставить отдельные атомы в кристаллической решетке на короткое время смещаться и тем самым поддерживать сверхпроводимость. Короткие инфракрасные лазерные импульсы впервые позволили "запустить" сверхпроводимость в керамическом проводнике при комнатной температуре.

Явление в эксперименте длится всего несколько миллионных долей микросекунды, но понимание принципа сверхпроводимости при комнатной температуре может помочь в создании новых типов сверхпроводников, которые совершат переворот в современной технике.Такие сверхпроводники решат множество современных проблем: позволят создать сверхмощные аккумуляторы для питания энергоемкой техники вроде лазеров или силовых приводов, электродвигатели и генераторы с КПД близким к 100%, новые медицинские приборы, крохотные, но мощные микроволновые излучатели и т.д.

Сверхпроводимость уже используется, например, в ЯМР-сканерах, ускорителях частиц, мощных реле на электростанциях. Однако современные сверхпроводники требуют криогенного охлаждения: металлические до температуры -273 градуса Цельсия, а более современные керамические -200 градусов Цельсия. Понятно, что это сильно ограничивает широкое использование сверхпроводимости, особенно в быту.

К сожалению, создать сверхпроводимость при комнатной температуре долгие годы не удавалось из-за специфических условий, при которых она возникает. Так, один из самых перспективных керамических сверхпроводников YBCO (оксид иттрия-бария-меди)имеет особую структуру: тонкие двойные слои оксида меди чередуются с более толстыми промежуточными слоями, которые содержат барий, медь и кислород. Сверхпроводимость в YBCO возникает при -180 градусов Цельсия в двойных слоях оксида меди, где электроны могут соединиться и формировать так называемые куперовские пары. Эти пары способны создавать "туннель" между разными слоями, то есть проходить через слои, как призраки сквозь стены. Этот квантовый эффект наблюдается только ниже определенной температуры.

В 2013 г. международная команда, работающая в Институте Макса Планка, обнаружила, что кратковременные импульсы ИК-лазера способны на очень короткое время провоцировать сверхпроводимость в YBCO при комнатной температуре. Природу этого явления понять не удавалось, помог лишь самый мощный в мире рентгеновский лазер LCLS (США),который позволяет "видеть" атомную структуру материала и сверхкороткие процессы. С его помощью ученые провели ряд сложных экспериментов и опубликовали результат своего открытия в издании Nature.

Как оказалось, инфракрасный лазерный импульс не только заставляет атомы колебаться, но и меняет их позицию в кристалле. В результате двойные слои диоксида меди становятся немного толще - на 2 пикометра или 0,01 диаметра атома. Это в свою очередь увеличивает квантовую связь между двойными слоями до такой степени, что кристалл становится сверхпроводящим при комнатной температуре в течение нескольких пикосекунд.

Сверхпроводимость при комнатной температуре: резонансное возбуждение атомов кислорода вызывает колебания (размытые контуры) между двойными слоями оксида меди (слой - голубой цвет, медь желтая, кислород красный). Лазерный импульс на короткое время выводит атомы из равновесия,расстояние между слоями уменьшается и возникает сверхпроводимость

Таким образом,ученые обнаружили потенциальный путь для создания сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Если теорию удастся превратить в коммерческую технологию (а в случае с нынешними низкотемпературными сверхпроводниками для этого понадобилось около 20 лет), то прогресс совершит огромный скачок. Бензиновые автомобильные моторы станут анахронизмом, время непрерывной работы смартфона будет исчисляться не часами, а месяцами, наступит расцвет электрических летательных аппаратов, левитирующих на магнитной подушке поездов и автобусов.

Американские физики разобрались с поведением электронов в так называемой псевдощелевой фазе вещества, предшествующей состоянию сверхпроводимости.

Сверхпроводимостью называют полное исчезновение электрического сопротивления вещества постоянному электрическому току при температуре ниже критической. Огромная практическая ценность сверхпроводников заключается в отсутствии в них потерь электрической энергии при протекании тока. Но на пути их широкого использования стоит очень низкая величина критической температуры. Для большинства веществ она близка к абсолютному нулю. До 1986 года наивысшей температурой обладал сплав Nb 3 Ge, для которого сверхпроводимость наступала при температуре ниже 23 К (-250° ). Поэтому возникла важная научная задача: найти вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние при более высокой температуре, желательно близкой к комнатной, что получило название высокотемпературной сверхпроводимости.

В 1986 году были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) на базе оксидов меди (купратов), и в течение нескольких лет критическая температура поднялась до примерно 120 К. Однако эти вещества обладают очень сложной электронной структурой, что чрезвычайно затрудняет понимание того, как в них происходит переход к сверхпроводящему состоянию, без чего невозможно разработка сверхпроводников, работающих при более высоких температурах. С тех пор уже почти 30 лет ведутся сложные эксперименты по изучению этого вопроса.

В частности, было обнаружено, что состоянию сверхпроводимости у ВТСП предшествует состояние, названное «псевдощелевой фазой». Этот термин связан с особенностью энергетического спектра электронов в веществе (так называется дискретный набор разрешенных уровней энергии электронов в атоме). Электроны с низкими значениями энергии расположены в валентной зоне, электроны с большей энергией, способные перемещаться по веществу, — в зоне проводимости. В полупроводниках и диэлектриках валентную зону и зону проводимости разделяет интервал запрещенных значений энергии, называемый «щель». Чтобы участвовать в создании тока, электрон должен получить энергию, чтобы перескочить через щель из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому, чем больше ширина щели, тем сильнее изолирующие свойства материала.

Щель образуется и у сверхпроводников, но у нее другая природа. При возникновении сверхпроводимости электроны, близкие к уровню Ферми, образуют так называемые куперовские пары и оседают на уровне Ферми, и этот уровень начинает отделять щель от уровней одиночных электронов. Уровень Ферми определяется критической температурой.

Оказалось, что у ВТСП при температурах выше критических существует состояние с меньшим числом носителей заряда вблизи уровня Ферми, чем в обычном проводнике. Это явление получило название «псевдощель». Это состояние непонятной природы вызвало много вопросов у физиков. Поскольку состояние псевдощели предшествует и частично существует совместно со сверхпроводимостью (конкурирует с ней), ученые полагают, что исследование этого состояния поможет раскрыть тайны ВТСП. В последние годы этому вопросу посвящено много работ, одна из которых опубликована на днях в журнале «Science» .

Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории и Корнельского университета, используя разработанный ими уникальный высокоточный сканирующий туннельный микроскоп, сумели проследить детали превращения купрата из диэлектрика в сверхпроводник, через стадию псевдощели. Их экспериментальная установка позволяла определять пространственное расположение и направление движения электронов в материале, благодаря чему удалось обнаружить два новых явления.

В исходном состоянии исследуемый купрат Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ представляет собой изолятор. Чтобы превратить его в ВТСП, к нему в качестве источника носителей заряда (дырок) химически добавляли атомы кислорода. Такой процесс называется допирование, дополнительные атомы обозначены в формуле как «+δ». Физики систематически в течение длительного времени сканировали материал при различных уровнях допирования, чтобы проследить, как изменяется поведение и расположение электронов при эволюции материала в сверхпроводящее состояние.

При повышении количества носителей заряда (уровня допирования) материал переходил из состояния диэлектрика в псевдощелевую фазу. При низкой плотности носителей заряда наблюдалась достаточно статичная картина. Возникало экзотическое периодическое статическое расположение некоторых электронов, получившее название «волны плотности» или «полосы». Эти волны похожи на полоски «замороженных» электронов. Волны плотности, как и движение электронов, ограничены определенными направлениями. При дальнейшем увеличении числа зарядов ученые обнаружили, что волны плотности исчезают, а электроны в материале обретают способность свободно двигаться в любом направлении. Причем это происходит при том же уровне допирования, что и возникновение чистой сверхпроводимости.

«Впервые эксперимент напрямую связал исчезновение волн плотности и связанных с ними наноразмерных дефектов кристаллической решетки с появлением электронов, текущих свободно во всех направлениях, необходимых для неограниченной сверхпроводимости, - сказал ведущий автор Симус Дэвис (Séamus Davis). - Эти новые измерения, наконец, показали нам, почему в таинственном псевдощелевом состоянии этого материала электроны перемещаются менее свободно».

Дэвис сравнивает наблюдения с полетом над замерзшей рекой, где можно увидеть статические фрагменты, образованные льдом, и в то же время обнаружить течение жидкой воды. Эти полеты совершаются снова и снова в течение весны, когда замороженный водный путь постепенно тает. В купрате вместо повышения температуры ученые повышали уровень допирования, чтобы «топить» волны плотности в определенной критической точке.

Это открытие подтверждает давнюю идею, что именно волны плотности ограничивают поток электронов и ухудшают максимальную сверхпроводимость в псевдощелевой фазе. «Статическое расположение электронов и связанные наноразмерные флуктуации нарушают свободный поток электронов - как лед на реке ухудшает поток жидкой воды», - говорит Дэвис.

Разумеется, получить ВТСП не так просто, как растопить лед, но это открытие дает подсказки. Если предотвратить образование статических полос, когда они возникают, в конечном итоге можно получить материалы, которые будут выступать в качестве сверхпроводника при более низкой плотности допирования и значительно более высокой температуре, считает Дэвис.

МОСКВА, 13 сен - РИА Новости. Отдельные зерна графита могут проявлять сверхпроводящие свойства при комнатной температуре после обработки водой и выпекания в печи, что говорит о возможности достижения сверхпроводимости в нормальных условиях на практике, заявляют немецкие физики в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials .

"В целом, данные нашего эксперимента указывают на то, что сверхпроводимость при комнатной температуре осуществима, и что использованные нами методы могут проложить дорогу к новому поколению сверхпроводников, чье появление принесет пока сложно оценимую пользу для человечества," - заявил руководитель группы физиков Пабло Эскуинаци (Pablo Esquinazi) из Лейпцигского университета (Германия).

Эскуинаци и его коллеги исследовали физические свойства графита и других форм углерода. В ходе одного из экспериментов ученые засыпали графитовый порошок в пробирку с водой, размешали его и оставили в покое на 24 часа. После этого физики отфильтровали графит и высушили его в печи при температуре 100 градусов.

В результате этого ученые получили набор из гранул графита, обладающих крайне интересными физическими свойствами. Так, поверхность этих зерен обладает сверхпроводящими свойствами, которые сохраняются даже при температуре 300 градусов Кельвина, или 26 градусов Цельсия.

Это проявлялось в том, что внутри зерен появлялись характерные резкие фазовые переходы магнитного момента, существующие в классических высокотемпературных сверхпроводниках. Физикам так и не удалось проверить, обладает ли графит двумя другими основными признаками таких материалов: отсутствием сопротивления и так называемым эффектом Мейснера - полным вытеснением магнитного поля из тела проводника.

Тем не менее, открытие даже одного из эффектов позволяет предположить, что высокотемпературные сверхпроводники могут функционировать и при комнатной температуре.

К сожалению, зерна графита, полученные Эскуинаци и его коллегами, нельзя использовать в качестве "строительного материала" для сверхпроводников. Во-первых, сверхпроводящими свойствами обладает лишь 0,0001% от массы графита из-за того, что этот эффект наблюдается только на поверхности зерен. Во-вторых, эта форма графита чрезвычайно хрупкая, и физические свойства зерен теряются безвозвратно даже при малейших деформациях.

В своих последующих работах физики планируют изучить поверхность зерен и роль атомов водорода, которые остаются на их поверхности после "водной бани" и последующего просушивания. Кроме того, Эскуинаци и его коллеги проверят, обладают ли такие зерна нулевым сопротивлением, и возникает ли в них эффект Мейснера.

Сверхпроводимость — это одно из самых загадочных, замечательных и перспективных явлений. Сверхпроводящие материалы, не имеющие электрического сопротивления, могут проводить ток практически без потерь, и это явление уже используется в практических целях в некоторых областях, к примеру, в магнитах установок ядерной томографии или ускорителей частиц. Однако, существующие сверхпроводящие материалы для того, чтобы обрести свои свойства, должны быть охлаждены до крайне низких температур. Но эксперименты, проведенные учеными в течение этого и прошлого года, привели к получению некоторых неожиданных результатов, которые могут изменить положение, в котором находятся сейчас технологии использования сверхпроводников.

Международная группа ученых, возглавляемая учеными из института Структуры и динамики материи Макса Планка (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter), работая с одним из самых перспективных материалов — высокотемпературным сверхпроводником окисью меди-бария-иттрия (YBa2Cu3O6+x, YBCO), обнаружила, что воздействие на этот керамический материал импульсов света инфракрасного лазера заставляет некоторые атомы этого материала кратковременно изменить свое положение в кристаллической решетке, увеличивая проявление эффекта сверхпроводимости.

Кристаллы соединения YBCO имеют весьма необычную структуру. Снаружи этих кристаллов присутствует слой окиси меди, покрывающий собой промежуточные слои, в которых содержатся барий, иттрий и кислород. Эффект сверхпроводимости при облучении светом лазера возникает именно в верхних слоях окиси меди, в которых происходит интенсивное формирование пар электронов, так называемых пар Купера. Эти пары могут перемещаться между слоями кристалла за счет эффекта туннелирования, и это указывает на квантовую природу наблюдаемых эффектов. И в обычных условиях кристаллы YBCO становятся сверхпроводниками только при температуре, ниже критической точки этого материала.

В экспериментах, проведенных в 2013 году, ученые обнаружили, что освещение кристалла YBCO импульсами мощного инфракрасного лазера заставляет материал кратковременно становиться сверхпроводником и при комнатной температуре. Очевидно, что лазерный свет оказывает влияние на сцепление между слоями материала, хотя механизм этого влияния остается пока еще не до конца ясным. И для выяснения всех подробностей происходящего ученые обратились к возможностям лазера LCLS, самого мощного на сегодняшний день рентгеновского лазера.

«Мы начали «бить» по материалу импульсами инфракрасного света, который возбудил некоторые из атомов, заставив их колебаться с достаточно сильной амплитудой»
— рассказывает Роман Манковский (Roman Mankowsky), ученый-физик из института Макса Планка, — «Затем мы использовали импульс рентгеновского лазера, следующий сразу за импульсом инфракрасного лазера, для измерения точного значения смещений, произошедших в кристаллической решетке».

Полученные результаты показали, что импульс инфракрасного света не только возбудил и заставил колебаться атомы, его воздействие привело к смещению из положения в кристаллической решетке. Это сделало на очень кроткое время меньшим расстояние между слоями оксида меди и другими слоями кристалла, что в свою очередь привело к увеличению проявления эффекта квантового сцепления между ними. В результате этого кристалл становится сверхпроводником при комнатной температуре, правда это его состояние способно держаться всего несколько пикосекунд времени.

«Полученные нами результаты позволят нам внести некоторые изменения и усовершенствовать существующую теорию высокотемпературных сверхпроводников. Кроме этого, наши данные окажут неоценимую помощь ученым-материаловедам, разрабатывающим новые высокотемпературные сверхпроводящие материалы, имеющие высокое значение критической температуры» — рассказывает Роман Манковский, — «И, в конечном счете, все это, я надеюсь, приведет к осуществлению мечты о сверхпроводящем материале, работающем при комнатной температуре, который совершенно не нуждается в охлаждении. А появление такого материала, в свою очередь, сможет обеспечить массу прорывов в великом множестве других областей, использующих в своих интересах явление сверхпроводимости».

В природе всё устроено гораздо проще, чем предполагает человек в своём мышлении. К примеру, все мучаются вопросом,- что такое сверхпроводимость ? Почему она возникает в проводниках только при низких температурах ? И третий вопрос - возможна ли комнатная сверхпроводимость ? Давайте подумаем над этим вместе.

При изготовлении современных магнитов прессуют смесь необходимых порошков в нужную форму, затем вставляют её в катушку, дают толчок тока, и магнит готов. Спрашивается, - почему в теле постоянного магнита запасается энергия? Для ответа на данный вопрос проделаем второй опыт. На сверхпроводниковое кольцо в криостате намотаем провод и подключим к заряженному конденсатору. При толчке тока в нём возникает сверхпроводящий ток и, как в магните, запасается мощное магнитное поле и остаётся на долгие годы. Ответ на последний вопрос предельно прост. В постоянном магните при толчке тока возникают аналогичные сверхпроводящие токи, только в объёмах атомов и доменов, которые мы визуально обнаруживаем при помощи железного порошка на полюсе магнита, и надо отметить, что всё это при комнатных температурах и выше, до точки Кюри. Для магнитов данная Т кюри - есть критическая температура пропадания намагничивания, аналогичная, как и для любого сверхпроводника Т с - чёткая температура перехода в обычный проводник.

Развитие научных знаний не имеет столбовой дороги. Подчас исследователь, открывший новое фундаментальное направление в познании, трактует его в наиболее упрощённой форме в силу немногочисленных экспериментальных данных, накопленных к тому времени. Далее такая форма, не всегда верная, подхватывается другими единомышленниками и со временем обрастает такими подробностями и мощным математическим аппаратом, способным маскировать её недостатки, что развитие теории продолжается уже автоматически. Это и произошло с электронной проводимостью Друде, где энергия в проводнике переносится только электронами. Вернуться в таком состоянии к исходным, более верным позициям, становится уже достаточно трудным делом; обучение, проведённое с несколькими поколениями, заставляет идти только вперёд до полного тупика, как и случилось со сверхпроводимостью .

Согласитесь, что электрический ток - есть перенос энергии вдоль проводника. Электрон не может быть переносчиком энергии в проводниках, поскольку имеет постоянный заряд 1,6.10 -19 Кулона, изменить который не в состоянии от природы, что для передачи энергии вообще не подходит. Почему-то никого не смущает, что электрон в проводнике движется в противоположную сторону от минуса к плюсу, хотя энергия (установлено практикой) идёт от плюса к минусу (как и в атоме - от ядра к электронам). Причём экспериментально подтверждено, - скорость электрона даже в металле не превышает 0,5 мм/сек, а энергия в проводнике переносится со скоростью света. В синхротронных ускорителях радиочастотная электромагнитная волна тащит на себе пучок электронов для их ускорения, а не наоборот. Здесь роль локомотива поезда у волны, электроны являются вагонами. К тому же, внешние электроны атомов проводника связаны химическими связями, а известно, что при движении допустимого тока механические свойства проводника не меняются и самое большее, на что способны электроны, это перескочить с атома на атом. Электрон может запасать энергию только в силе (скорости) своего движения, а при торможении сбрасывать её в виде маленькой хаотичной электромагнитной волны света, что мы и видим на примере спиральки электролампочки. То же самое происходит в любых проводниках, это становится ясным при коротком замыкании, когда проводник сгорает с ярким свечением. И последнее. Ещё Герц на заре электротехники сделал опыт, где в электролинии, очень наглядно, простым искровым промежутком показал, что энергия переносится не только по проводам, а в основном, между проводами, где электронам быть запрещено . Здесь работает обычная электромагнитная волна. Разве всё это не убедительно? Только не понимание таких простых фактов привело к не осознанию явления сверхпроводимости . Откуда же берётся электромагнитная волна для переноса энергии в проводах и сверхпроводниках по Герцу?

В любом проводнике, полупроводнике, диэлектрике на внешних валентных электронах есть три сильные электромагнитные волны. Других такой мощности на внешних электронах просто нет. Первая - это плазменная электронная , короче - плазмоэлектронная. Физически представляет собой электронную «толчею» из-за кулоновского расталкивания одноимённых зарядов. По величине её энергия составляет от единицы и до нескольких электронвольт. Определяется из опыта по характеристическим потерям энергии. На практике различают объёмные плазмоэлектронные колебания, и поверхностные, которые меньше объёмных примерно на корень из двух.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Вторая электромагнитная волна на внешних электронах - фермиевская энергия. Она нигде якобы не определяется экспериментально, поэтому измышления по её поводу слишком разнообразные. На самом деле это энергия вращения внешнего электрона любого атома вокруг ядра и ничего более, и фермиевскую энергию электрон получает от ядра, она имеет тоже строго определённую частоту (Е ф = hЧ ƒ, где h - постоянная Планка, ƒ- частота) и располагается рядом с плазмоэлектронной энергией, поскольку электроны одни и те же - внешние атомов. Энергетическое положение плазменной электронной и фермиэнергии в любом веществе в оптической спектроскопии есть край основного поглощения (или край фундаментального поглощения), где обнаруживаются так называемые экситоны (двугорбый всплеск энергии в спектроскопии). Для алюминия 1,55 эВ, для меди 2,2 эВ, для иттриевой керамики 1,95 эВ. Энергии всегда находятся рядом, но никогда не совмещаются подобно двум одинаковым индуктивно связанным контурам. Если контуры облучать их частотой, то у одного контура за счёт связи частота уходит вниз, у другого вверх. А облучение внешних электронов одно - от ядра. Отметим, что по каким-то причинам у металлов фермиэнергия немного ниже плазменной электронной, а у полупроводников и диэлектриков фермиэнергия выше плазмоэлектронной. Только поэтому у металлов возникает серия достаточно мощных боковых частот в сторону нуля энергии, в силу чего металлы хорошие проводники. А у полупроводников и диэлектриков наоборот, низкочастотные боковые опадают до малых размеров (стоксовы частоты), а высокочастотные усиливаются (антистоксовы), поэтому они плохо проводят электричество. Смена местами по величине данных двух энергий, которая производится толчком, объясняет переход Диэлектрик - Металл.

Третья электромагнитная волна - плазменная ионная (ионноплазменная). Является обобщающим элементом всех видов тепловых колебаний атомов (фононов). Во всех веществах она чётко определяется комбинационным рассеянием света. Отметим, что плазменная ионная «руководит» всем коллективом разнообразных тепловых колебаний решётки атомов в веществах (фононов), любое изменение данной энергии влечёт изменение и их величин. В этом разрезе особо надо отметить зависимость продольных акустических колебаний (обычная скорость звука в проводнике) от ионной плазменной. Энергия ионноплазменной волны не превышает 0,1 эВ, соответственно и частота её небольшая по сравнению электронными волнами.

Все три электромагнитные волны в проводниках, полупроводниках, диэлектриках естественным образом складываются в единую волну. В спокойном веществе она имеет вид стоячей волны. Эту единую волну в электролинии и показал нам Герц простым искровым промежутком, а сейчас каждый школьник в физкабинете, да и каждый желающий под высоковольтной электролинией, может посмотреть неоновой лампочкой. При любом нарушении нейтральности даже из-за случайного смещения электронов в проводнике единая волна бросается устранять нарушение и за счёт растаскивания электронов по своим местам восстанавливает порядок как хозяйка в квартире. Вот это движение электронов при наведении порядка и есть сопротивление, поскольку они от единой волны отнимают энергию на движение (как в синхротронном ускорителе), а, останавливаясь, сбрасывают избыток энергии в виде хаотического излучения - тепла. Происходит ослабление энергии единой волны на величину теплового электронного выброса. Когда растаскивать нечего она переходит в стоячую, - хозяйка отдыхает. Растаскивание инерционных электронов происходит и в опыте Толмена-Стюарта, мы же измеряем гальванометром только напряжение единой волны, её возбуждение. В полупроводниках мы, чисто опытным способом, немного научились управлять единой волной. Путём приложения напряжения к концам кристалла, мы изменяем по частоте положение плазмоэлектронной и фермиэнергии в сторону приближения, отчего падает значение сопротивления. Раздвигая обе энергии по частоте (уменьшая число электронов за счёт приложения плюс напряжения), увеличиваем сопротивление транзистора. Полупроводники имеют наиболее близкие по значению электронные энергии, поэтому и легче подчиняются регулированию.

В природе существует резонанс указанных трёх электромагнитных волн, двух электронных - плазмоэлектронной и фермиевской - с третьей ионноплазменной. В физике данный факт известен как трёхволновый резонанс . В этом случае разница по частоте электронных энергий совпадает с частотой ионноплазменной. Из теории известно; в момент резонанса суммарная энергия трёх волн поочерёдно перекачивается то в фермиевскую, то в плазмоэлектронную, то в ионноплазменную волны. Когда полная энергия попадает в ионноплазменную, тогда возбуждается весь спектр тепловых колебаний атомов, что экспериментально видим по броску теплоёмкости в проводниках. В этот момент скорость звука тоже растёт, а это значит, что звуковой волной атомы плотнее сдвигаются и растягиваются между собой вдоль проводника. При сжатии атомов между ними сдавливаются и электроны, чем и получают от ядер дополнительную энергию, в момент же расхождения атомов сбрасывают избыточную энергию не хаотически, а в виде кусочков в единую электромагнитную волну, но уже дружно, руководимые её частотой, по лазерному принципу. Это дополнение усиливает единую волну, что обнаруживается в виде отрицательного сопротивления в полупроводниках.

Есть ещё один неординарный фактор чрезвычайно важный для сверхпроводимости . Так устроила природа, что акустическая волна сжатия и разряжения атомов между собой сама по себе достаточно слаба, поскольку часть энергии уходит на образование тепла. Но в определённый момент она может быть усилена самими тепловыми колебаниями атомов и даже в несколько раз. Такое усиление называется Баллистическими колебаниями (фононами), которые возникают только при очень низких температурах . Усиление происходит только в момент перевода тепловых колебаний из хаотического движения в определённые направления при охлаждении, - по строго выделенным осям кристалла за счёт ослабления других направлений. Вот этот фактор и является главным и определяющим начало любого сверхпроводящего перехода. У каждого сверхпроводника, в силу особенностей кристаллической решётки, возникают строго свои баллистические фононы. Это обнаружилось в высокотемпературных керамиках в виде резкой анизотропии проводимости тока. Температурное включение данных колебаний усиливает акустическую волну, она сильнее сдавливает электроны к ядрам атомов, отчего электроны больше запасают энергии и значительно усиливают единую электромагнитную волну аналогично свету в лазере. А от неё резонансная ионноплазменная энергия получает мощные толчки и заставляет яростнее работать опять же акустическую волну. Образуется полноценная положительная обратная связь, что и заставляет запасать в сверхпроводниковых накопителях громадную энергию не сравнимую с любым мыслимым аккумулятором. Значит, в сверхпроводниках мы имеем два основных совместимых фактора - возникновение мощной единой электромагнитной волны на внешних электронах и, благодаря возникновению баллистических колебаний, создание усиленной обратной связи по энергии через акустическую волну. Электроны, получая дополнительную энергию в данном процессе, разгоняются на своих орбитах, и как два проводника с повышенными токами одного направления притягиваются между собой против кулоновского отталкивания до спиновой «защёлки» магнитиками. Спиновые силы крайне короткодействующие, поэтому они закрепляют спаривание двух электронов только на расстояниях порядка 10 -12 м. От спаривания получается двойная выгода; спаренные электроны не мешают единой волне двигаться и не отнимают у неё энергии своими дебройлевскими волнами. И одновременно, постоянно подкачиваясь к ядрам атомов, получают толчками энергию, а затем дружно перекачивают её единой волне для её усиления. Такая электронная пара, в отличие от пары химической связи, почти свободна в пространстве и за счёт полюсов собственных токовых магнитиков всегда разворачивается против внешнего магнитного поля, и своим вращением создаёт диамагнетизм данного вещества (в ней возникает противоток). Длина когерентности, обнаруживаемая экспериментально в сверхпроводниках , и есть длина резонансной единой электромагнитной волны (огибающая от сложения трёх электромагнитных волн).

Проверить данные соображения практически не сложно. Известно не мало веществ с сильным диамагнетизмом даже при комнатной температуре , значит там уже работает несколько усиленная резонансом единая волна и есть готовые электронные пары (к примеру СuCl, SiC). Надо взять такое вещество, определить акустическую частоту, и в неё, вместо баллистических фононов, подать ультразвуковые колебания достаточной мощности (выполнить работу ионноплазменной энергии). Этим действием усилим работу обратной связи и запустим круговорот энергии, в результате получится искусственный сверхпроводник при комнатной температуре . При этом надо помнить, что при недостаточной ультразвуковой мощности будет меняться всего лишь величина сопротивления образца. Возможно, что именно на этом принципе работают некоторые кристаллы с эффектом Ганна, где создаются мощные электрические колебания. Судя по всему, там, от действия прилагаемого электрического напряжения выше 3 киловольт возникают те же самые баллистические колебания при комнатной температуре, но почему-то кратковременные, только на период колебания. Ультразвук на малых кристаллах можно заменить лазерными импульсами с фермисекундными временами.

Согласно изложенного рассуждения можно наметить путь изготовления комнатного сверхпроводника . Надо взять материал с сильными химическими связями для успешной работы звуковой волны, приборами определить все три электромагнитные волны и при помощи введения тяжелых или лёгких атомов в кристаллическую решётку добиться трёхволнового резонанса. А затем настроить силу обратной связи звуковой волны вначале ультразвуком (или лазером), а потом, путём эксперимента разработать метод возбуждения баллистических колебаний. Для этого подойдёт карбид кремния, а в будущем лучшим сверхпроводниковым материалом будет обыкновенный углерод, поскольку в его чешуйках самые сильные химсвязи от природы, соответственно для возникновения сверхпроводимости потребуется минимальная энергия баллистических колебаний.

В заключение отметим, что сверхпроводник отличается от всех остальных материалов внутренней, резонансной единой электромагнитной волной на внешних электронах и работающей в паре с баллистическими колебаниями атомов (фононов). Доказательством этому является экспериментально обнаруживаемая в последнее время объёмная и поверхностная сверхпроводимость BB-cсылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!