Открытие японских ученых вновь всколыхнуло интерес в научном мире к "холловским" сверхпроводникам. В них отсутствие сопротивления основано на так называемом "квантовом эффекте Холла". Прежде такие проводники считались неперспективными - для их создания требовалось много энергии. Но данное исследование показало, что без всего этого можно обойтись.
Следует заметить, что с самого начала, то есть с того момента, когда 8 апреля 1911 года голландский физик-экспериментатор Хейке Камерлинг-Оннес выяснил, что при сильном охлаждении металлов их сопротивление резко падает и становится равно нулю, что знаменовало собой рождение теории о низкотемпературной сверхпроводимости, при применении на практике у этого подхода уже была альтернатива. Напомню, что в 1879 году американский физик Эдвин Холл выяснил, что при помещении золотой пластинки в магнитное поле (так, что оно прилагалась перпендикулярно плоскости самой пластинки) на разных ее концах возникает разность потенциалов.
Это открытие, получившее название "эффект Холла", долгое время не привлекало внимания ученых, желающих построить линии электропередач, по которым энергия могла бы передаваться без всяких потерь. Однако уже в 1980 году физик Клаус фон Клитцинг сначала теоретически обосновал, а потом и экспериментально доказал, что при приложении к проводнику очень сильного магнитного поля в нем наблюдается так называемый "квантовый эффект Холла" (за что совместно с Г. Дордой и М. Пеппером через пять лет получил Нобелевскую премию по физике).
Сущность этого явления заключается в следующем: при низких температурах на поверхности проводника вещество переходит в такое состояние, которое называется "двумерный электронный газ" (это такой электронный газ, то есть совокупность узловых электронов кристаллической решетки проводника, частицы которого могут двигаться лишь в двух направлениях). И вот, исследуя протекания тока в этом двумерном газе при приложении магнитного поля, Клитцинг обнаружил, что на поверхности проводника образуются многочисленные участки с неизменным поперечным сопротивлением (он назвал их "плато"). Но, что самое интересное, сопротивление на этих участках практически равнялось нулю.
Однако часть ученых считает, что от использования "холловских" проводников отказались все-таки зря - их возможности еще до сих пор не до конца изучены. Поэтому исследования продолжались, и недавно японские ученые из Института физико-химических исследований RIKEN и Токийского университета представили свою работу, посвященную данному вопросу. Физики говорят, что возникновение квантового эффекта Холла, согласно их экспериментам, обусловлено не столько воздействием внешнего магнитного поля, сколько свойствами самого проводника.
Для проведения экспериментов ученые использовали материалы, относящиеся к магнитным топологическим изоляторам. Их свойства можно охарактеризовать так: в глубине этих изоляторов возникновение электрического тока действительно невозможно, однако по их поверхности он спокойно течет, причем при определенных условиях сопротивление там практически отсутствует.
Источник: wordscience.org
