Известные люди

»

Джон Шриффер

В 1954 г. он защищает в университете штата Иллинойс диссертацию, выполненную под руководством признанного авторитета в области физики твердого тела Джона Бардина, и получает уровень магистра. Диссертация Ш. была посвящена исследованию электронной проводимости на поверхности полупроводника. По завершении работы над диссертацией он присоединяется к Бардину в исследовании явления сверхпроводимости и свойств вещества при температурах, близких к абсолютному нулю (273С).

В 1911 г. нидерландский физик Хайке Камерлинг-Оннес открыл, что некоторые материалы утрачивают сопротивление электрическому току при охлаждении до температур всего только на немного градусов выше абсолютного нуля. Новое явление, получившее наименование сверхпроводимости, было воспринято как большая внезапность, и прошло без малого 50 лет, в прошлом чем оно было на все сто понято.

Почти все металлы при охлаждении становятся лучшими проводниками, оттого что основным источником электрического сопротивления являются тепловые колебания атомов в металле, рассеивающие электроны носители электрического тока Охлаждение металла уменьшает амплитуду колебаний и тем самым устраняет препятствие потоку электронов. В нормальных металлах повышение электропроводности происходит исподволь, и сопротивление падает до нуля только при температуре абсолютного нуля (недостижимой на практике) В сверхпроводнике (и это в особенности удивительно) все электрическое сопротивление исчезает вдруг при определенной температуре выше абсолютного нуля Атомы металла все ещё делают тепловые колебания, но ток, несущий электроны, проходит беспрепятственно

Другое необычное качество сверхпроводников было открыто в 1933 г. немецким физиком Вальтером Мейснером. Мейснер обнаружил, что сверхпроводники могут иметь идеальным диамагнетизмом магнитное поле выталкивается изнутри сверхпроводящего тела, и такое туловище отталкивается обоими полюсами магнита, в результате магнитный материал, помещенный над сверхпроводником, повисает в состоянии левитации. Если сверхпроводящий материал поместить в довольно сильное магнитное поле, то таковой материал утрачивает свою сверхпроводимость и становится нормальным проводником. В 1935 г. германский физик Фриц Лондон выложил предположение, что диамагнитный аспект сверхпроводимости является ее основным свойством. С помощью умозрительных построений Лондон пришел к выводу о том, что сверхпроводимость является квантовым явлением, происходящим в макроскопическом масштабе.

В 1950 г. немного американских физиков исследовали сверхпроводимость в металлах, имеющих немного изотопов (под изотопами принято разбираться разновидности химического элемента с одним и тем же числом электронов и протонов и, следственно, с одинаковыми химическими свойствами, но с различным числом нейтронов). Оказалось, что критическая температура, при которой изотоп становится сверхпроводящим, вспять пропорциональна его атомной массе. Зная, что атомная масса может влиять на свойства твердого тела только одним способом изменяя характеристики, ответственные за распространение колебаний, Бардин предположил, что сверхпроводимость зависит от взаимодействия электронов проводимости с колебательным движением атомов в металле. По мнению Бардина, электроны проводимости должны связываться товарищ с другом благодаря взаимодействию с этими колебаниями.

В 1956 г. единственный из постдокторантов Бардина в Иллинойском университете Леон Н. Купер доказал, что взаимодействие электронов проводимости с атомными колебаниями приводит к образованию связанных пар электронов. Один электрон, двигаясь через кристалл металла, притягивает к себе окружающие положительно заряженные атомы. Эта легкая деформация кристаллической решетки создает мгновенную концентрацию положительного заряда, которая в свою очередность притягивает второй электрон. Таким образом, два электрона оказываются косвенно связанными сквозь посредническое действо кристаллической решетки. О таких электронах говорят, что они образуют куперовскую пару.

Ш. и Бардин попытались распространить куперовскую идею о воздействии пар электронов на поведение подавляющего большинства свободных электронов в сверхпроводящем твердом теле. Ш. уже хотел было отступиться от дальнейших попыток откопать заключение проблемы, но Бардин, тот, что как раз в то время должен был двинуться в Швецию на церемонию вручения ему Нобелевской премии по физике за 1956 г., присужденной ему за вклад в изобретение транзистора, уговорил Ш. поразмыслить ещё месяц над проблемой, и за тот самый месяц Ш. реально удалось разработать статистический алгоритм, тот, что позволил обрести вывод проблемы.

По возвращении Бардина трое исследователей Бардин, Купер и Ш., объединив усилия, показали, что взаимодействие между куперовскими парами охватывает многие свободные электроны в сверхпроводящем веществе, вынуждая их передвигаться жестко согласованно, в ногу Как и предполагал Лондон, сверхпроводящие электроны образуют единое квантовое состояние, охватывающее весь материал. Ниже критической температуры мощь спаривания, удерживающая электроны в их согласованном движении, по интенсивности превосходит тепловые колебания атомов в металле Возмущение, способное отклонить отдельный электрон и потому порождающее электрическое сопротивление, не может этого произвести, не затрагивая при этом все электроны, участвующие в сверхпроводящем состоянии. Такое событие необычайно чуть-чуть наверное, и в результате сверхпроводящие электроны дрейфуют когерентно без потерь энергии. За вклад в теорию сверхпроводимости Ш. в 1957 г. был удостоен докторской степени в Иллинойском университете.

Теория Бардина Купера Шриффера (БКШ) была признана одним из наиболее важных достижений теоретической физики со времени создания квантовой теории. В 1958 г., применяя теорию БКШ, Купер и его коллеги предсказали, что сильно ледяной жидкий гелий-3 (изотоп гелия, ядро которого состоит из двух протонов и одного нейтрона) должен иметь сверхтекучестью, т.е. перескакивать в необычное состояние материи, характеризующееся отсутствием вязкости и поверхностного натяжения. Ранее сверхтекучесть наблюдалась в больше просторно распространенном изотопе гелий-4 (ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов), но, по общему мнению, была невозможна в изотопах с нечетным числом ядерных частиц. Сверхтекучесть гелия-3 была экспериментально подтверждена в 1962 г.

В 1972 г. Ш., Куперу и Бардину была присуждена Нобелевская премия по физике за созданную их совместными усилиями теорию сверхпроводимости, обыкновенно называемую теорией БКШ. Выступая при презентации лауреатов, Стиг Лундквист, член Шведской королевской академии наук, сказал: В своей фундаментальной работе вы предложили полное пояснение явления сверхпроводимости. Ваша концепция позволила ещё предсказать новые эффекты и стимулировала интенсивные теоретические и экспериментальные исследования. Последующие работы в области сверхпроводимости поразительным образом подтвердили широчайший диапазон применимости и правильность основных понятий и идей, изложенных в вашей фундаментальной статье 1957 г..

Теория БКШ оказала глубокое воздействие и на физическую теорию, и на технику. Именно она привела к созданию сверхпроводников, способных вкалывать при высоких температурах или при наличии сильных магнитных полей. Такие сверхпроводники имеют решающее важность для создания электромагнитов, позволяющих обретать мощные магнитные поля, но потребляющих немного энергии. Такого рода магниты находят использование при исследовании термоядерного синтеза; в магнитной гидродинамике (генерировании электрического тока при прохождении весьма ионизованного газа сквозь магнитное поле); при ускорении до высоких энергий частиц в физике элементарных частиц; в магнитной подвеске при движении без трения; в биологических и физических исследованиях, связанных с взаимодействием атомов и электронов с сильным магнитным полем; при создании компактных мощных электрических генераторов. Открытие физиком из Уэльса Брайаном Д. Джозефсоном особых режимов на границах между двумя сверхпроводниками (результат Джозефсона) привело к созданию сенсоров, способных детектировать магнитную активность внутри живых организмов и обнаруживать залежи руды и нефти на основе их магнитных свойств.

В 1957...1958 гг. на правах постдокторанта Национального научного фонда Ш. занимался исследованием сверхпроводимости в Бирмингемском университете (Англия) и в Институте Нильса Бора в Копенгагене (Дания). Там же в I960 г. он встретил Анне Грете Томсен. Через немного месяцев они поженились. У них две дочери и наследник.

Ш. преподавал физику в Чикагском университете (1957...1960), университете штата Иллинойс (1959...1960), Пенсильванском университете (1962). Корнеллском университете (1969...1975) и с 1975 г. в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Он занимается кроме того исследованием магнитных свойств материалов, свойств сплавов и поверхностных эффектов. В Пенсильванском университете Ш. стал одним из соавторов доклада, на основе которого была создана программа афро-американских исследований. Он не дает себя в обиду, у него по каждому поводу имеется наготове саркастическая реплика.

Ш. удостоен многочисленных наград в том числе премии Комстока американской Национальной академии наук (1968), премии Оливера Бахли по физике твердого тела Американского физического общества (1968) и медали Джона Эрикссона Американского общества шведских инженеров (1976). Он почетный медик пяти университетов, член американской Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств, Американского философского общества и Датской королевской академии наук и искусств.

Так же читайте биографии известных людей:

Джон Дальтон John Dalton

Джон Дальтон - выдающийся английский химик и физик. Родился 6 сентября 1766 года.Джон Дальтон является создателем химического атомизма. В 1803 году..
читать далее →

Джон Кендрю John Cowdery Kendrew

Джон Кендрю - английский ученый, биохимик. Родился 24 марта 1917 года.Джон Кендрю являлся специалистом в малекулярной биологии, работал над полной..
читать далее →

Джон Корнфорт John Cornforth

Австралийский химик-органик Джон Уоркап Корнфорт родился в Сиднее, в семье англичанина Дж.У. Корнфорта и уроженки Австралии Хильды (Эйппер)..
читать далее →

Джон Полани John Polanyi

Родился в семье венгров Майкла и Магды Элизабет Полани. Когда ему было четыре года, семья переехала из Германии в Англию, в Манчестер, где его отец..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий