Ирина Радунская - Безумные идеи

Таким образом, одной из особенностей низких температур является несовместимость сильного магнитного поля и состояния сверхпроводимости.

Поэтому, сами понимаете, железо, которое является материалом магнитным, никак не может стать сверхпроводником. Разве только железо немагнитное... А где вы видели немагнитное железо?

Правда, немагнитное железо в нагретом состоянии никого бы не удивило. Французский ученый Пьер Кюри давно заметил: нагретое выше определенной температуры железо всегда теряет магнитные свойства. Температура, при которой размагничиваются стальные магниты, называется точкой' Кюри. Она лежит выше семисот градусов. Но немагнитное железо в холодном состоянии! Возможно ли это? Не парадокс ли вообще сверхпроводящее железо?

И все-таки ученые получили его, получили вопреки научной логике, наперекор природе. Произошло это в Ленинградском физико-техническом институте Академии наук СССР в лаборатории низких температур. Поначалу не обошлось без сомнений. Вряд ли это возможно, говорили многие видавшие виды ученые, прочтя публикацию о получении сверхпроводящего железа. И как винить их за скептицизм? Сомнения поддерживал многовековой человеческий опыт.

...Люди издавна привыкли к замечательному свойству железа образовывать вокруг себя магнитное поле и подчиняться ему. Стрелка компаса, послушная магнитным силовым линиям Земли, смотрит одним концом на север. Да и каждый атом железа подобен такой стрелке, на одном конце таящей свой миниатюрный северный полюс, а на другом – южный.

В теле железа можно натолкнуться на маленькие области, в которых целые полчища магнитиков выстроены в строгом порядке. Все северные полюсы их смотрят в одном направлении, южные – в другом. Магнитные силы стрелочек складываются, и в этом маленьком участке образуется чрезвычайно сильное магнитное поле. Такие области названы доменами, и в каждом куске железа их множество. Есть области, где все магнитики так же дружно «смотрят» совсем в другую сторону.

По всей толще большого и маленького кусков железа чередуются магнитные области, ориентированные самым хаотическим образом. Магнитные поля внутри отдельных доменов очень сильны, но ориентированы совершенно хаотически и в среднем уравновешивают друг друга, поэтому силовые линии не выходят на поверхность металла. Вот почему, как сильно ни охлаждать кусок железа, сверхпроводником он не станет: сверхпроводимость разрушается сильными внутренними магнитными полями, всегда существующими в отдельных доменах.

Но физики-теоретики, которым ничего не стоит в своем воображении оставить от куска железа совсем крошечный кусочек, тоненькую пленочку или даже просто горсть атомов, а потом с помощью формул и уравнений ощупать их, заглянуть в самую сущность, и на этот раз выведали у железа секрет его сверхпроводимости.

Они рассуждали примерно так. Крошечные атомы магнитики в куске железа не закреплены намертво.

Под влиянием различных сил они свободно поворачиваются относительно друг друга. Но управлять ими в куске металла очень трудно. Они дружно, всем коллективом, образующим домен, противодействуют внешним влияниям.

А если атомы железа осторожно один за другим «наклеивать» на очень холодную поверхность? Ведь тогда они накрепко примерзнут к своим местам и не смогут объединять свои слабые магнитные поля в единое поле домена. Вот тут-то, пожалуй, и можно получить несколько слоев атомов немагнитного железа.

Чтобы атомы, не успев повернуться, примерзали к пластинке, ее надо охладить до температуры жидкого гелия. Значит, если пленка будет немагнитной, она вполне может при такой температуре стать сверхпроводящей.

Лазейка для примирения магнитного железа и сверхпроводимости была найдена. Оставалось провести очень тонкий и весьма сложный эксперимент: получить сверхпроводящее железо не на бумаге, а в жизни. Ленинградским ученым, создавшим оригинальную установку, это удалось. Так люди впервые увидели сверхпроводящее, а значит, немагнитное железо.

Попытки получить тот же результат при охлаждении пленки железа, первоначально нанесенной на теплую поверхность, не увенчались успехом.

Даже при нанесении пленки на холодную поверхность оказалось, что надо было делать это достаточно медленно и осторожно. До сих пор ученым не удалось подробно исследовать физические свойства полученных пленок. При повышении температуры эти пленки разрушаются и, отделяясь от стеклянной поверхности в виде тончайших чешуек, осыпаются. По-видимому, при нанесении атомов железа на холодную поверхность действительно образуется новая, ранее неизвестная разновидность металлического железа, в котором не возникают области самопроизвольного намагничения, препятствующие возникновению сверхпроводящего состояния.

Сейчас ученые с интересом ожидают повторения этих-опытов в других лабораториях.

Изучение пленок металлов вызывает не только научный интерес. Эти пленки могут послужить прекрасным материалом для создания сверхминиатюрных ячеек кибернетических машин.

Представьте себе крошечное колечко из пленки сверхпроводника. Возбужденный в пленке ток будет циркулировать по колечку сколь угодно долго, не меняя своей величины, запоминая, какой сигнал вызвал появление этого тока. Такая ячейка куда компактнее, дешевле, экономичнее сложных элементов памяти, создаваемых из электронных ламп, магнитных барабанов, конденсаторов, которые сегодня используются в вычислительных машинах. Такие пленочные ячейки еще миниатюрнее и совершеннее, чем элементы памяти из сверхпроводящей проволоки (криотроны, персистатроны, персисторы). Подсчитано, например, что блок памяти, составленный из колечек сверхпроводящих пленок объемом в один кубометр, содержит 9 миллионов ячеек памяти. А это прямой путь превратить современные машины-динозавры в малюток.

Пока для целей запоминания ученые уже используют пленки олова, свинца и ниобия. Но уже ведется широкая цепь исследований по получению пленок 113 других металлов и сплавов, которые сделают элементы памяти еще надежнее, дешевле, проще в изготовлении.

Польза холода

Путь по следам оловянной чумы пройден недаром. Он привел в царство холода. И путешественник стал осматриваться, обживаться, знакомиться с новыми порядками, задумываться: не могут ли они быть полезны? Оказалось, что могут и послужить, и помочь, и пригодиться. Могут решить многие насущные проблемы техники.

Даже воздух, обыкновенный воздух в царстве холода становится другим, податливым и легко отдает свой кислород. В 1946 году Капица разработал очень эффективный и удобный способ выделения кислорода из воздуха в огромных количествах – десятками тонн в час. Теперь кислород широко используется во всем мире для автогенной сварки, для принудительного дутья в доменных, мартеновских, бессемеровских печах.