Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
критическим значением магнитного поля. (В настоящее время известно, что
для образцов с линейными размерами более 10~4 см критическим является
такой ток, который создает на поверхности образца поле, равное
критическому.) Он не имел "никаких сомнений в том, что открытое здесь
явление
70
связано с внезапным возникновением при определенной температуре обычного
сопротивления в сверхпроводниках"- эту связь1 выяснили другие
исследователи. Тем не менее можно было считать, что фундамент заложен.
С течением времени, однако, парадокс, описанный в начале этой главы,
стал.Еесьма очевидным. Небольшое изменение формулировки еще более усилило
его.
Рис. 4.6. Зависимость сопротивления катушки из свинца от приложенного
магнитного поля при двух значениях температуры [Сот-тип. Phys. Lab. Univ.
Leiden, № 139 (1913), стр. 67, рис. 1].
Если вещество, находясь в магнитном поле, должно было переходить в
идеально проводящее состояние при понижении температуры, то пронизывающий
образец магнитный поток в момент перехода должен был бы остаться
"вмороженным" в него и сохраниться при последующем выключении поля (если
температура при этом поддерживается неизменной). Приготовив подобным
образом различные образцы, можно было бы создать множество (в принципе
бесконечное) различных
1 С хорошей точностью критическое поле при любой температуре Т ниже
критической температуры 7Кр дается формулой Якр(7) = .*=/7Кр(0) (1-
Т/Тф)2,
71
состояний, существующих при одинаковых внешних условиях, которые,
возможно, могли бы даже находиться в тепловом контакте друг с другом, т.
е. в состоянии равновесия. Вплоть до 1933 г. подобная возможность не была
опровергнута экспериментально, а некоторые эксперименты, казалось, даже
подтверждали ее. Существовали даже и теоретические соображения в ее
пользу.
Рпс. 4.7. Распределение магнитного поля вокруг сверхпроводника: а - выше
температуры перехода; б - ниже температуры перехода [Physik Z., 35
(1934), стр. 933, рис. 5].
И в этот момент Мейснер, изучая переход в сверхпроводящее состояние, был
поражен появлением своеобразного гистерезиса; возврат монокристалла олова
в нормальное состояние происходил при температуре, слегка превышающей
температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Этот эффект наблюдался
даже тогда, когда сопротивление в каждой точке измерялось при двух
направлениях тока методом, специально разработанным для исключения
термоэлектрических явлений; если направление тока не изменялось, эффект
усиливался. Гистерезис наводил на мысль о том, что явление связано с
изменением проницаемости образца. Мейснер писал об этом так: "Если бы
распределение измеряемого тока и созданного им магнитного поля не
изменялось, не было бы основания для возникновения гистерезисных
явлений". Поэтому он вместе со своими сотрудниками
72
предпринял попытку определить распределение поля в окрестности
сверхпроводника. Полученные результаты Мейснер резюмировал следующим
образом: "Если цилиндрический сверхпроводник возможно большей длины,
такой, как показан на рис. [4.7], поместить в однородное магнитное поле,
направленное перпендикулярно оси этого цилиндра, то выше точки перехода
силовые линии поля пройдут сквозь цилиндр практически без вся* кого
изменения (рис. [4.7, а]), так как его проницаемость близка к единице...
Если понизить температуру ниже точки перехода, то распределение поля
становится примерно таким, как изображено на рис. [4.7, б].
Для этих экспериментов использовался тщательно изготовленный монокристалл
олова диаметром 10 мм и длиной 130 мм. Распределение магнитного поля
определялось следующим образом. Вблизи поверхности сверхпроводника была
установлена небольшая плоская прямоугольная катушка сечением 10 X 1,5
мм2, концы которой присоединялись к баллистическому гальванометру '.
Катушку можно было поворачивать вокруг ее длинной оси, параллельной оси
сверхпроводника; кроме того, ее можно было перемещать вокруг оси
сверхпроводника по двум различным окружностям. Одна окружность выбиралась
так, чтобы катушка находилась вблизи сверхпроводника, а вторая - так,
чтобы она располагалась на расстоянии 4,5 мм от него. Сначала для
нескольких точек на обеих окружностях определялось направление магнитного
поля по максимальному отбросу баллистического гальванометра при быстром
повороте катушки на 180° (вновь вокруг длинной оси, параллельной оси
сверхпроводника). По величине этого максимального отброса можно было
также вычислить напряженность магнитного поля. Таким образом были
измерены величины и направления магнитного поля в точках на двух
окружностях".
1 Баллистическим называется гальванометр, у которого подвижный элемент
обладает большой инерционностью, так что короткий импульс тока может
полностью пройти через этот элемент, прежде чем тот заметно сдвинется. В
результате отклонение в целом пропорционально заряду, протекшему через
катушку. В свою очередь заряд пропорционален интенсивности магнитного
