Абрикосов гинзбург нобелевская премия за что
Нобелевские лауреаты по физике:
российские ученые А. Абрикосов и В. Гинзбург
|
В ходе дальнейших исследований были получены не только металлы-сверхпроводники, но и целый класс так называемых высокотемпературных сверхпроводников на основе керамических материалов (например, состава Ba-Sr-Cu-O).
Сверхпроводящие материалы уже широко применяются, в частности, для формирования изображения в приборах медицинской диагностики, таких, как магнитные сканеры и магнитные резонаторы. Кроме того, они широко используются в ускорителях частиц в физических исследованиях.
Большие надежды связывают ученые с повышением температуры, при которой вещества переходят в сверхпроводящее состояние, поскольку в этом случае появится возможность передавать без потерь электроэнергию, создавать сверхмощные электродвигатели и т.д.
 |
| академик Алексей Абрикосов, автор многих работ в области теории твердого тела |
|
Сверхпроводящие материалы обладают к тому же свойствами полностью или частично вытеснять магнитный поток. Те из них, которые полностью вытесняют магнитные потоки, называются сверхпроводниками I-го рода, а их теоретическое обоснование удостоено Нобелевской премии по физике за 1972 год.
Однако эта теория, основанная на концепции формирования электронных пар, оказалась все же не достаточной для обоснования явления сверхпроводимости большинства технически важных материалов. Эти так называемые сверхпроводники II-го рода допускают наличие сверхпроводимости и сильного магнитного поля одновременно. Алексею Абрикосову удалось теоретически обосновать данный феномен.
Теория, первоначально сформулированная Виталием Гинзбургом и другими исследователями для сверхпроводников I-го рода, была распространена Алексеем Абрикосовым на случай сверхпроводников нового типа. И хотя эти теории были сформулированы еще в 50-х годах, они приобрели непосредственную актуальность позднее, в связи с быстрым развитием новых материалов. Так сегодня можно производить сверхпроводники, сохраняющие свои свойства при все более высоких температурах и магнитных полях.
|
В жидком гелии наблюдается явление сверхтекучести, что проявляется в исчезновении у него вязкости при низких температурах. При этом атомы изотопа 3 Не образуют пары, подобные электронным парам в металлических сверхпроводниках. Энтони Леггетт сформулировал и обосновал в 70-х годах теорию, объясняющую, как атомы 3 Не взаимодействуют и распределяются в сверхтекучем состоянии.
Сведения, связанные со сверхтекучими жидкостями, позволяют глубже проникнуть в процессы, происходящие в материи в ее самом низком, наиболее упорядоченном энергетическом состоянии. Явление сверхтекучести пока не нашло практического применения, однако теоретические подходы, разработанные для его объяснения, были использованы во многих разделах теоретической физики, в частности, для описания перехода упорядоченных структур к хаосу.
Виталий Лазаревич Гинзбург родился в 1916 г. в Москве. Получил кандидатскую степень по физике в 1940 г. в Московском государственном университете им. Ломоносова. Член-корреспондент по Отделению физико-математических наук (физика) АН СССР с 23 октября 1958 г., академик по Отделению общей и прикладной физики (экспериментальная и теоретическая физика) с 1 июля 1966 г. Награжден золотой медалью им. М.В.Ломоносова за выдающиеся достижения в области теоретической физики и астрофизики (1995 г.); золотой медалью им. С.И.Вавилова за выдающиеся работы в области физики, в том числе за серию работ по теории излучения равномерно движущихся источников (1995 г.). В настоящее время состоит в Отделении общей физики и астрономии РАН. Долгие годы возглавлял теоретический отдел в Физическом институте им. П.Н.Лебедева Российской Академии Наук, 2 руководил работой общемосковского семинара по теоретической физике, в марте текущего года вручал награды потрясенным лауреатам фонда «Династия», молодым российским физикам-теоретикам.
 3 Не взаимодействуют и распределяются в сверхтекучем состоянии» border=»0″> |
| Энтони Дж. Леггетт профессор Иллинойского Университета |
Энтони Дж. Леггетт родился в 1938 г. в Лондоне, гражданин Великобритании и США. Докторская степень по физике в 1964 году в Оксфордском Университете. По прошествии нескольких лет, в 1970-х гг., он создал теорию, объясняющую поведение и распределение атомов вещества в сверхтекучем состоянии. Он хорошо известен профессиональной общественности своими работами в области сверхпроводников, сверхтекучести и стекла. В настоящее время «MacArthur Professor» в Иллинойском Университете (Урбана-Шампейн, штат Иллинойс, США).
В беседе с корреспондентом The New York Times В.Л.Гинзбург, которому сейчас 87 лет, признался, что уже не надеялся получить Нобелевскую премию за свои фундаментальные исследования, хотя впервые номинировался на премию более 30 лет назад.
Напомним, что в 2000 г. Нобелевская премия по физике была присуждена российскому физику Жоресу Алферову за открытия в области полупроводников.
1 В их числе известные отечественные физики Лев Давидович Ландау (Нобелевская премия по физике 1962 года) и Петр Леонидович Капица (Нобелевская премия по физике 1978 года).
2 Нобелевской премии ранее были удостоены шесть сотрудников ФИАН.
Российские физики стали Нобелевскими лауреатами
Сверхпроводящие материалы применяются, в частности, для формирования изображения в приборах медицинской диагностики, таких, как магнитные сканеры и магнитные резонаторы. Кроме того, они широко используются в ускорителях частиц в физических исследованиях.
Алексей Абрикосов теоретически обосновал феномен сверхпроводников II рода, который заключается в одновременном присутствии сверхпроводимости и сильного магнитного поля. Теоретическое обоснование явлений, наблюдающихся в сверхпроводниках I рода, удостоено Нобелевской премии по физике за 1972г.
Однако эта теория не могла объяснить явления сверхпроводимости большинства технически важных материалов. Теория, первоначально сформулированная Виталием Гинзбургом и другими исследователями для сверхпроводников I рода, была распространена Алексеем Абрикосовым для сверхпроводников нового типа.
В жидком гелии наблюдается явление сверхтекучести, что проявляется в исчезновении у него вязкости при низких температурах. При этом атомы редкого изотопа 3 не образуют пары, подобные электронным парам в металлических сверхпроводниках. Энтони Леггетт сформулировал и обосновал теорию, объясняющую как атомы 3Не взаимодействуют и распределяются в сверхтекучем состоянии.
А.Абрикосов родился в 1928г. в Москве, гражданин России и США. Получил кандидатскую степень по физике в 1951г. в московском Институте физических проблем. Работает в Аргонской национальной лаборатории в США. В.Гинзбург родился в 1916г. в Москве. Получил кандидатскую степень по физике в 1940г. в Московском государственном университете им. Ломоносова. Занимал пост руководителя теоретической группы в Физическом институте им. П.Н.Лебедева Российской академии наук. Э.Леггетт родился в 1938г. в Лондоне, гражданин Великобритании и США. Работает в Иллинойском университете, США.
Напомним, что ранее были объявлены лауреаты Нобелевской премии по медицине и физиологии. Ими стали американец Пол С.Лотербюр и британец Петер Мансфильд. Премия была им присуждена за открытия в области магнитно-резонансной томографии. Этот метод позволяет исследовать внутренние органы человека и, в отличие от рентгеновских лучей, абсолютно безвреден для человека.
Также Шведская академия назвала лауреата премии по литературе. Им стал южноафриканец Джозеф Максуэл Кутзее. Отметим, что в этом году Нобелевский лауреат по литературе получит 1 млн 300 тыс. долл.
Российские ученые восприняли Нобелевскую премию Абрикосова и Гинзбурга как давно ожидавшееся событие
Алексей Абрикосов, Виталий Гинзбург и Энтони Леггет получили Нобелевскую премию за новаторский вклад в теорию сверхпроводников.
Сверхпроводящие материалы применяются для формирования изображения в приборах медицинской диагностики, таких как магнитные сканеры и магнитные резонаторы. Они также широко используются в ускорителях частиц в физических исследованиях. Сведения, связанные со сверхтекучими жидкостями позволяют глубже проникнуть в процессы, происходящие в материи в ее нижайшем и наиболее упорядоченном энергетическом состоянии. То есть все очень серьезно. Но физики на то и физики, чтобы иногда быть лириками.
Наш корреспондент Олеся Кузина сегодня встречалась с лауреатом Нобелевской премии. Сейчас ее репортаж.
Виталию Гинзбургу 3 дня назад исполнилось 87, но свой рабочий кабинет в Физическом институте имени Лебедева оставлять он не собирается. Именно здесь сегодня раздался звонок. Частый, междугородний.
Виталий Гинзбург: «Совершенно ни о чем не подозревал, занимался своими делами. Вдруг звонят из Стокгольма. Я думал, разыгрывают. Спрашиваю, не шутка?»
Виталий Гинзбург: «Долгие годы сверхпроводимость представляла для меня интерес своей таинственностью, ни о каких прикладных интересах речи не шло. Но времена изменились. Она применяется для очень сильных магнитов, в частности — томографии. Кстати, вот Нобелевскую премию по медицине поделили два человека за томографы».
Сам же Гинзбург говорит, что, конечно, польщен и поедет на церемонию награждения в Стокгольм, однако сразу переводит речь на других, по его словам, никак не менее достойных коллег из Физического института.
Похоже, скоро эту доску с указанием наград и премий сотрудникам института придется расширять. Места уже не хватает. Кстати, начинается перечень тоже с Нобелевской премии. Она получена группой ученых, в числе которых был Андрей Сахаров.
Алексея Абрикосова называют одним из отцов-основателей института Теоретической физики имени Ландау в Черноголовке, где он и проработал больше 20 лет. Сегодня его бывшие коллеги немного расстроены, что не могут поздравить его лично, сожалеют о том, что с конца 80-х он работает в Америке, и говорят, что вручения ему Нобелевской премии ждали уже много лет.
Сергей Иорданский, главный научный сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау: «В каком-то смысле это вопрос давнишний: он должен был получить Нобелевскую премию, потому что работы и более слабые получали, а эта такая фундаментальная работа».
История науки: рожденный в СССР гражданин США
30 марта в США скончался Нобелевский лауреат Алексей Абрикосов. Из наших соотечественников, получавших Нобелевскую премию по физике, в живых осталось только три. Человеку, открывшему новый тип сверхпроводников, ученику великого Дау, посвящен наш сегодняшний выпуск ежедневной рубрики «История науки».
Алексей Абрикосов родился в очень необычной семье. Действительно, мало кто может сказать, что рос в семье паталогоанатомов. Специфическое настроение, специфический юмор. А если родители – не простые прозекторы, а лучшие в стране…
По крайней мере отец, Алексей Иванович Абрикосов, был действительно лучшим. Организатор и председатель Московского общества патологов, академик АМН СССР, человек, который видел Ленина, Фрунзе, Дзержинского изнутри, подписи Алексея Ивановича стояли под протоколами об их вскрытии… Мать тоже под стать: главный прозектор Кремлевской больницы, Фани Вульф. Возможно, именно семья сформировала не самый простой и очень едкий характер будущего Нобелевского лауреата.
Алексей Иванович Абрикосов
Впрочем, вероятно, повлиял еще и человек-легенда, ставший его наставником. В 1948 году (в 20 лет!) окончил с отличием физфак МГУ, он уже был учеником великого Льва Ландау, сдав ему в 19 знаменитый «теорминимум Ландау». В 23 Абрикосов уже стал кандидатом наук, написав под руководством Ландау кандидатскую диссертацию, посвященную плазме. Забавно, что после этой работы он перешел в области противоположные – сверхнизких температур, сверхпроводимости и сверхтекучести.
Большую часть жизни Алексей Алексеевич работал в области квантовой электродинамики высоких энергий, теории сверхпроводимости в высокочастотных полях, открыв новый тип сверхпроводников. Именно он объяснил физический смысл эффекта Кондо — явления, когда удельное сопротивление некоторых металлов достигает минимума при охлаждении до определенной температуры, а при дальнейшем ее снижении внезапно начинает расти, стремясь к конечному пределу; и сдвига Найта — смещения резонансных частот ядерного магнитного резонанса в результате взаимодействия электронных оболочек атома с магнитным моментом ядра.
Затем Абрикосов перешел к исследованию теории сверхпроводимости, начатой его учителем, за которую он получил Нобелевскую премию. Теоретические изыскания привели ученого к тому, что должны существовать и другие сверхпроводники, второго рода, которые сохраняют свои свойства даже в сильных магнитных полях. Абрикосов сумел показать, что магнитное поле в этот сверхпроводник проникает в виде квантованных вихрей (теперь они называются «абрикосовские вихри»). В середине каждого вихря есть нормальная (не сверхпроводящая) сердцевина (домен), вокруг нее течет незатухающий круговой ток так называемых куперовских пар. В 1998 году Абрикосов обнаружил эффект линейного квантового магнитного сопротивления и объяснил большинство свойств высокотемпературных сверхпроводников на основе купратов.
Работа в области сверхкритических условий привела его за пределы Земли: одна из важнейших работ Абрикосова посвящена тому, как в планетах-гигантах под огромным давлением водород становится металлом и существует в виде раздельных протонов и электронов.
Работал Абрикосов и в вузах: сначала был профессором в МФТИ, а затем перешел в МИСиС. Вот как о нем вспоминает его коллега и соавтор, профессор МИСиС Юрий Векилов: «Абрикосов был замечательным человеком и отличным преподавателем и всегда поддерживал коллег. Как только он к нам пришел, в МИСиС началась настоящая наука. Вы же помните стандартные семинары и собрания в СССР? Подчас – сплошной формализм. Когда завкафедрой теоретической физики стал Абрикосов, он все это к чертям, извините, разогнал, и начал настоящие научные семинары. Фактически, это была уже западная научная университетская школа».
В 1991 году он принял приглашение Аргоннской лаборатории в США и уехал из России. Как оказалось – насовсем. Сам Абрикосов объяснял свое решение тем, что боялся некоего нового заговора, который вернет СССР вспять, и снова опустится «железный занавес». В 2003 году Абрикосов вместе с нашим соотечественником Виталием Гинзбургом и американцем Энтони Леггетом получил Нобелевскую премию по физике «за основополагающие работы по теории сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей», будучи уже гражданином США. Увы, несмотря на то, что у нас принято «записывать» Абрикосова в Нобелевские лауреаты от России, несмотря на поздравления от Владимира Путина, сам он так не считал.
Абрикосов гинзбург нобелевская премия за что
Нобелевской премии по физике 2003 года удостоены академик Виталий Лазаревич Гинзбург, Алексей Алексеевич Абрикосов и Энтони Дж. Леггетт за «пионерский вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести».
В начале XX века единственным исследователем, сумевшим вплотную приблизиться к абсолютному нулю температур (-273,2 о С), был нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес. Это позволило ему открыть сразу несколько удивительных явлений, происходящих при сверхнизких температурах.
Опыты, проведенные со сверхпроводниками, продемонстрировали удивительные вещи. Электрический ток, однажды «запущенный» в сверхпроводник, продолжал течь и после того, как было отключено напряжение. Магнитик, падающий на сверхпроводящую пластину, повисал в воздухе: его поле возбуждало в металле кольцевой ток, магнитное поле которого отталкивало магнитик. Причем ток мог продолжать течь, а магнит висеть практически вечно, до тех пор, пока проводник охлажден до сверхпроводящего состояния.
Когда к проводнику прикладывают напряжение, в кристалле возникает электрическое поле, заставляющее отрицательные электроны двигаться в сторону положительного электрода. Но ионы в узлах решетки колеблются возле положения равновесия (эти тепловые колебания тем сильнее, чем выше температура). Электроны при движении сталкивают ся с ионами, теряя энергию, переходящую в тепло. Так возникает электрическое сопротивление, и происходит нагрев проводника.
Такое образование активно сопротивляется любому воздействию, стремящемуся изменить состояние кого-либо из членов этого коллектива, то есть вырвать его из «конденсата». И, значит, абсолютно одинаковые, неразличимые бозоны, двигаясь как одно целое сквозь кристалл, не станут реагировать ни на какие препятствия, будь то микроскопические дефекты кристаллической решетки или ионы в ее узлах. И если они несут заряды, возникает незатухающий ток сверхпроводимости.
Но электроны, будучи фермионами, такого «конденсата» образовать не могут. Как же тогда возникает сверхпроводимость и откуда в металле взялись бозоны? На этот вопрос ответил Л. Купер.
Образование куперовских пар кажется явлением невероятным: электроны заряжены одноименно и, следовательно, должны отталкиваться. Это, безусловно, верно, но только для пустого пространства. А в кристалле электрон взаимодействует с ионами решетки, притягивая их и создавая избыточный положительный заряд. Его величина может быть больше отрицательного заряда электрона, и тогда соседний электрон втянется в заряженную область.
В сверхпроводнике такое притяжение преобладает над расталкиванием, поэтому все электроны быстро объединяются в пары, они конденсируются, и эта квантовая жидкость без трения (то есть электрического сопротивления) течет по кристаллу. С ростом температуры энергия электронов повышается, куперовские пары распадаются (или не успевают образоваться), и сверхпроводимость исчезает.
Но еще за шесть лет до работ Л. Купера, в 1950 году, В. Л. Гинзбург и Л. Д. Ландау создали так называемую ψ-теорию (пси-теорию), известную также как теория Гинзбурга-Ландау. Для описания сверхпроводимости в ней вводится макроскопическая волновая функция ψ(r), определяющая плотность электронов в сверхпроводнике.
В этой функции появляется некий эффективный заряд е*, величину которого авторы оценили как равную 2-3 е. И только после создания БКШ-теории Л. П. Горьков показал, что е* = 2е точно, и стало ясно, что речь в теории шла именно о куперовских парах.
Теория Гинзбурга-Ландау, созданная более полувека назад, и сегодня остается основой и теоретических исследований в области сверхпроводимости, и практических разработок сверхпроводящих устройств.
Сверхпроводники преподнесли исследователям еще один сюрприз. Сразу после открытия сверхпроводимости, в том же 1911 году, Камерлинг-Оннес попытался получить сильное магнитное поле в сверхпроводящей катушке. Идея была очень соблазнительной: сопротивление обмотки отсутствует, значит, ток может быть сколь угодно большим, а напряженность магнитного поля Н пропорциональна его силе. Однако из нее ничего не вышло: даже относительно слабые поля оказывались критическими: при Н > Нк сверхпроводимость разрушалась.
Причем это выталкивание происходит вне зависимости от того, было ли поле наложено на материал до его перехода в сверхпроводящее состояние или после.
При включении внешнего поля на поверхности сверхпроводника по закону магнитной индукции действительно наводятся круговые токи. Но их магнитное поле направлено против поля внешнего, так что суммарное поле внутри проводника становится равно нулю. При этом энергия сверхпроводника несколько возрастает. А чем больше энергия системы, тем менее устойчиво ее состояние. По мере роста напряженности внешнего поля система становится неустойчивой настолько, что при достижении критической величины Нк самопроизвольно переходит в более выгодное энергетическое состояние с «нормальной» проводимостью. Сверхпроводимость разрушается.
Величина критического поля растет с понижением температуры, но даже вблизи абсолютного нуля остается небольшой. Однако спустя почти четверть века выяснилось, что существует целый класс сверхпроводящих материалов, которые способны выдерживать очень сильные магнитные поля.
Абрикосовские вихри не математическая модель, созданная для удобства расчетов, а реальное образование, которое можно увидеть. Для этого торец сверхпроводящего образца припудривают тончайшим порошком ферромагнетика. Его частицы собираются там, где есть магнитное поле, то есть в точках выхода вихрей. В электронный микроскоп видно, что они расположены периодически, образуя правильную решетку с треугольными ячейками.
На сверхпроводники II рода сразу же обратили внимание как на материал для обмоток мощных электромагнитов. Но электрический ток, протекая по сверхпроводнику, находящемуся в смешанном состоянии, взаимодействует с магнитными полями абрикосовских вихрей. Возникает сила, заставляющая вихри мигрировать по сверхпроводнику. При их движении возникает своего рода трение, приводящее к выделению тепла, то есть появлению электрического сопротивления. Чтобы помешать вихрям двигаться, сверхпроводящие кабели делают в виде пучков тончайшей проволоки из сплава титана с ниобием и других материалов.
В 1922 году все тот же Камерлинг-Оннес увидел, что сжиженный им гелий ведет себя совершенно удивительным образом. Налитый в пробирку, он в ней не удерживается, а вытекает через край, поднимаясь по стенкам, и каплями падает с ее нижнего конца.
Если же эту пробирку опустить в ванну с гелием, жидкость станет перетекать до тех пор, пока уровни в пробирке и ванне не сравняются. Этот феномен нашел объяснение только спустя полтора десятка лет, когда П. Л. Капица открыл явление сверхтекучести (Нобелевская премия 1978 года). (Одновременно и независимо от него это же открытие сделали американцы Г. Ф. Аллен и А. Д. Мейзнер.)
Сверхтекучестью называется свойство жидкого гелия протекать без трения сквозь капилляры и узкие щели. Это чисто квантовое явление возникает при температурах ниже так называемой лямбда-точки (Тλ = 2,17 К). Его нельзя объяснить с позиций классической физики, согласно которым любая жидкость обладает вязкостью и, следовательно, при течении испытывает трение.
При возникновении разности температур в гелии начинается движение нормальной и сверхтекучей компонент навстречу одна другой (так как вся масса гелия находится в покое). Тепло переносит только нормальная компонента, скорость которой вследствие подвижности жидкости и отсутствия сопротивления со стороны сверхтекучей компоненты значительно выше скорости обычной теплопередачи.
Развитие методов получения сверхнизких температур и способов разделения изотопов природного гелия позволило получить в чистом виде жидкий 3 Не. Оказалось, что он становится сверхтекучим при температуре Тс = 0,00265 К и давлении около 34 атмосфер, а при понижении давления температура перехода понижается тоже. Механизм появления сверхтекучести 3 Не оказался аналогичным возникновению сверхпроводимости.