Открытие сверхпроводимости стало одним из ключевых достижений в области физики низких температур. В 1908 году Хейке Каммерлинг-Оннес впервые получил жидкий гелий, за что был удостоен Нобелевской премии. Спустя три года он использовал это открытие для охлаждения ртути до экстремально низкой температуры.
Ученый измерял сопротивление металла в зависимости от температуры. Когда температура опустилась ниже 4,2 Кельвина, сопротивление резко упало до уровня, который был ниже чувствительности измерительного прибора. В своем лабораторном журнале Каммерлинг-Оннес отметил, что сопротивление ртути снизилось «практически до нуля». Потребовалось еще полвека, чтобы научное сообщество пришло к выводу, что слово «практически» было излишним: в сверхпроводниках сопротивление действительно отсутствует.
Изображение: new-science.ru.
Кроме нулевого сопротивления, сверхпроводники обладают еще одним уникальным свойством: они «выталкивают» магнитное поле, то есть силовые линии магнитного поля огибают материал в сверхпроводящем состоянии. Это явление, известное как эффект Мейснера, объясняется возникновением круговых токов на поверхности сверхпроводника, которые создают компенсирующее магнитное поле. Благодаря этому эффекту сверхпроводящие материалы способны «левитировать» в магнитном поле.
В дальнейшем были открыты новые классы сверхпроводящих материалов. Среди них — сверхпроводники II рода, которые пропускают магнитное поле, формируя вокруг него электронные вихри; органические сверхпроводники; а также высокотемпературные сверхпроводники, критическая температура которых превышает 130 Кельвинов. Высокотемпературная сверхпроводимость до сих пор остается одной из самых сложных задач для теоретической физики.
Низкотемпературная сверхпроводимость получила теоретическое объяснение. Значительный вклад в это внесли работы Ландау и Гинзбурга, которые предложили феноменологическую теорию, описывающую сверхпроводимость, но не раскрывающую полностью ее природу. Дальнейшее развитие теории связано с работами Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Их теория объясняет сверхпроводимость металлов через концепцию «куперовских пар» — двух электронов с противоположными спинами, которые объединяются в своеобразный «бозон». Для бозонов объяснение сверхпроводимости уже следует из теории Ландау-Гинзбурга. За свои достижения Бардин, Купер и Шриффер были удостоены Нобелевской премии по физике в 1972 году.
Источник: 8 апреля 1911 года Хейке Каммерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость