专家意见：高温超导
在对大报告的预期实验室“超导超材料”，我们正在根据准备的结果一般投票，我们继续谈超导。一周前，我们发表了Alexei Basharin关于无辐射的“偶极子”的文章，此后，在文章作者的参与下，开始了真正的科学讨论。该文章收集了一百多条评论，收到了有关该出版物中呈现的材料格式的许多建议。我们考虑了所有的愿望，并请了首席科学家K. B. Efetova以流行科学形式为我们撰写有关高温超导的专家意见，由于发现了铜酸盐的高温超导性，大约30年前获得了诺贝尔奖。康斯坦丁·鲍里索维奇·埃菲托夫（Konstantin Borisovich Efetov）是NUST“ MISiS”项目“量子现象中的集体现象”的科学总监，这是支持TOP 5-100计划科学研究的一部分。K.B.埃菲托夫是美国物理学会的杰出评论家，德国波鸿第三鲁尔大学理论物理研究所所长，美国物理学会的名誉会员，由德国科研部资助的三个项目的首席研究员，发表了170多种出版物，并获得了法国布莱斯·帕斯卡尔奖由法国政府设立，并由以色列的魏兹曼研究所设立了Landau-Weizman研究奖。康斯坦丁·埃菲托夫（Konstantin Efetov）是“美国物理学会的杰出评论者”。该奖项是由于他对《物理评论快报》，《物理评论》，《现代物理学评论》等期刊的同行评审文章做出的杰出贡献而授予的。
悬浮在液氮冷却的高温超导体上的磁铁
| 康斯坦丁·鲍里索维奇·埃菲托夫（Konstantin Borisovich Efetov）
，“量子问题中的集体现象”项目的科学主任
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超导是量子物理学中最美丽的现象之一。它是由荷兰物理学家Kamerlingh-Onnes于1911年发现的，他学会了如何使用液化氦气将材料冷却至1.5 K（-271.5 C）的温度。通过研究冷却金属的电性能，Kammerling-Onnes发现浸入液氦中的固态汞的电阻消失，因此电导率变得无限大。此特性称为超导性，Kammerling-Onnes于1913年获得诺贝尔奖。后来在许多金属中发现了超导性，但是这种神秘现象的微观理论仅在1957年由美国物理学家Bardin，Cooper和Schriffer（Bardeen，Cooper，Schrieffer）建立，他于1972年因这项工作而获得诺贝尔奖。值得一提的是，超导体的正确现象学理论是由苏联物理学家金茨堡和朗道在1950年提出的。阿列克谢·阿布里科索夫（Alexei Abrikosov）使用金茨堡-朗道理论预测了超导体中有趣的现象，这三者也是诺贝尔奖获得者。值得注意的是，多年来，阿布里科索夫（Abrikosov）一直是MISiS理论物理系的负责人。现在，这个部门被称为“理论物理和量子技术系”，我在“ Top5-100”项目的框架内工作。
解释超导花费了46年的事实并非偶然。这种现象甚至在量子力学产生之前就已发现，并且无法以经典的牛顿力学和经典的麦克斯韦电动力学为基础进行解释。超导理论基于玻色-爱因斯坦凝聚的概念。根据这个概念，具有整数量子自旋（玻色子）的粒子必须形成一种状态，其中所有粒子都是相干（凝聚）的，换句话说，它们在系统的整个体积中彼此感觉到。整个冷凝物的运动导致这样的事实，即它不受金属中各种杂质或不均匀性的抑制，从而导致零电阻。似乎这是超导的解释？但是事实并非如此。
金属中的电流是由于电子的运动而产生的，它们是自旋为一秒的基本粒子。但是具有半整数自旋（费米子）的粒子不会形成冷凝物，并且金属中没有其他运动的粒子。如何获得冷凝水？事实证明，具有相反自旋的两个电子可以形成总自旋为零的对，而这些对已经是玻色子，可以形成玻色凝聚。这样的电子对称为库珀对（库珀，超导理论的奠基人之一，发明了它们），它们的凝聚导致超导现象。但这还不是全部。不难想象，对于电子配对而言，它们相互吸引是必要的。但是从经典的电动力学中可以知道，两个带相等电荷的粒子相互排斥，不被吸引。摆脱了这种矛盾。事实证明，电子之间的吸引力可以通过声子的交换而发生，声子的交换是金属原子晶格的量子振动，这一事实已经使完成超导理论的构建成为可能。现在很容易理解，为什么在超导现象的发现与解释之间已经过去了46年。建构理论的每一步都是革命性的，并且有许多步骤。所有这一切都是为了解释这种现象，这种现象可以在一个小型实验室中观察到，不需要强大的加速器或飞入太空。现在想象一下，有可能制造一种超导材料的线。在这种情况下，在任何距离的传输过程中都不会损失能量，为什么不试试呢？
不幸的是，在这个问题上只有一个“但是”：正如我们已经提到的，超导电性是在非常低的温度下产生的，因此这种超导线材必须用液态氦冷却。同时，氦气本身的冷却需要非常高的能量（并因此要金钱）成本，并且超导线材的使用将比能量损失的成本昂贵得多。不难理解，在进一步研究超导体的性能上花费了大量的精力来研究在更高温度下获得超导的可能性。当然，理想情况下，我希望在300 K（27 C）的“室温”下获得超导性。但是过渡温度高于氮液化点（77 K）的超导体将非常有帮助，因为液氮的生产要比液氦的生产便宜得多。然而，直到八十年代中期，为获得如此高的温度而进行的超导体的大量尝试才取得成功。而且，基于电子对的电子-声子机理的模型给出了理论估计，转变温度不超过25 K，这对于工业应用来说是不够的。, 1986 , , 1987 . , , . «». . -, , .
如今，铜酸盐中的超导转变温度达到140 K（-137 C）。它仍然远低于室温，但是已经远高于氮气的沸点。后一种情况已经导致高温超导体的实际应用。已经有一些公司生产带有“铜酸盐填充物”的涂有常规金属的电线。然而，迄今为止在室温下制造超导体的问题仍未解决。各种化合物的简单枚举在室温下获得超导性似乎并不可行，因为可能的化合物数量很多。首先了解为什么铜酸盐中的转变温度比“普通”金属中的相应温度高得多，这将更为合理。像普通金属一样，声子交换是铜酸盐中电子配对的主要原因吗？
为了回答这个问题，大量的理论家和实验者都致力于研究铜酸盐中超导形成的机理。今天，大多数科学家认为电子配对的声子机理不太可能。迄今为止，提出的提案数量很多，而且都很难列出。当然，它们都承诺超导转变的高温。但是，为了选择一种能够明确解释超导起源的单一机制，并且可以通过检查和改变化合物来改善其作用，需要做些什么呢？当然，准确计算每种铜酸盐化合物和所有拟议机理的转变温度，并与实验数据进行进一步比较，可能有助于选择“正确的”机理。不幸的是，这种使用“蛮力”的方法实际上是不可能的，因为它没有地球上现有计算机的足够功能。和往常一样，最好是世界各地的理论家，尤其是我领导的NUST“ MISiS”小组的成员来考虑一下。基本思想是，合理的超导模型不仅应解释超导性，还应解释铜酸盐中的许多其他现象。铜价有很多这样的现象。例如，几年前，发现了电荷调制的存在。因此，正确的理论也应该解释这种现象，这种现象大大减少了电子配对机制作用的候选物数量。在研究高温超导问题时，我们从电子通过磁化涨落交换相互作用的模型开始。这种假设可以由以下事实证明，即当铜酸盐掺杂有氧原子时会经历反铁磁体-正常金属的过渡。超导只能在金属状态下出现，但是由于与反铁磁体的接近使得很有可能假设交换反铁磁波动。— - - (). AF- , SC- , PG – , , . K.B. Efetov, H. Meier, C. Pepin, Nat. Phys. 9, 442 (2013)
使用此假设，我们已经设法解释了铜价的一些重要现象，但是一直以来，我们都必须跟踪新的实验数据，以使我们能够校正或完善所获得的理论结果。在我们看来，我们处在正确的轨道上，我们的工作将有助于解决在铜酸盐中观察到的现象。在那之后，将已经可以考虑朝哪个方向工作以提高转变温度。由于与来自不同国家的研究人员紧密合作，这项任务似乎并非无法解决。 Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN384439/
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