СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

О НЕКОТОРЫХ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ПРЕДПОСЫЛКАХ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ДЛЯ МАТЕРИАЛОВ ВТСП

А.Л. Шаляпин , В.И. Стукалов

        Несмотря на то, что принципиальные причины возникновения сверхпроводимости, как это принято считать, твердо установлены, достижения современной теории далеки от того, чтобы количественно оценивать критическую температуру   Т_с   или критическую напряженность магнитного поля   Н_с   для материалов различного типа. В этой связи многие исследователи выражают надежду на дальнейшее развитие понимания механизма сверхпроводимости в материалах ВТСП. Более того, фактически общепринятым становится соглашение о том, что, во-первых, существуют ограничения на величину энергетической щели, если она обусловлена электрон - фононным взаимодействием, а, во-вторых, плотность состояний вблизи поверхности Ферми для оксидных ВТСП- соединений весьма мала. Принимая во внимание эти факты, трудно объяснить в рамках теории БКШ температуру перехода ~90К [I].

        Пристального внимания заслуживают также результаты экспериментов на образцах с замещением кислорода 16 О   на изотоп 18 О, которые свидетельствуют о том, что механизм фононного спаривания не может быть использован для объяснения сверхпроводимости в материалах YBa₂Cu₃O_x. Нами предлагается альтернативный, отличный от теории БКШ, механизм высокотемпературной сверхпроводимости.

        В результате разносторонних исследований материалов (оксидные ВТСП - составы) типа   YBa₂Cu₃O_7-b,   La-Ва-Сu-O,   Вi₂Sr₂Сa_n-1Сu_nO_2n+4, Tl₂Ba₂Ca_n-1Cu_nO_2n+4   и других было обращено внимание на четко выраженную слоистую структуру данных соединений, что могло бы способствовать каналированию электронов проводимости в определенных кристаллографических направлениях. В частности, отношение проводимостей перпендикулярно и параллельно оси   С   для соединения Вi₂CaSr₂CuO_x   при    Т_c  достигает   4*10⁴  (при комнатной температуре - 2*10⁴) [2].

        Характерной структурной особенностью высокотемпературных оксидных сверхпроводников является наличие сильно связанных линейных цепочек. Такие цепочки при определенных условиях способствуют формированию единых электронных орбиталей, проходящих через весь кристалл.

        На представленных рисунках электронные орбитали, образованные электронами проводимости, обозначены синим цветом. При этом свободный пробег электрона в орбитали, если затруднен обмен импульсом (фононом) с решеткой, может быть весьма велик.

Рис.1. Образование общей молекулярной орбитали из электронов проводимости для всей цепочки атомов монокристалла (отмечено синим). При этом монокристалл выступает в роли большой молекулы.

Рис.2. Малые поперечные колебания атомов в линейной цепочке монокристалла (поперечные фононы) существенно не нарушают единую молекулярную орбиталь из электронов проводимости. При этом проводимость монокристалла уменьшается незначительно.

Рис.3. Малые продольные колебания атомов в линейной цепочке монокристалла (продольные фононы) существенно нарушают единую молекулярную орбиталь из электронов проводимости. При этом проводимость монокристалла резко уменьшается и происходит разрушение сверхпроводимости.

        Экспериментально подтверждено, что более короткие расстояния Cu-O   в соединениях на основе   La₂CuO₄, YBa₂Cu₃O₇   и других приводят к упрочению связей в цепочках, что, в свою очередь, приводит к возрастанию критической температуры   Т_с.  Известны результаты расчетов фононных мод и констант электрон - фононной связи в теории БКШ, которые показывают, что высокие значения   Т_с , связаны с высокой частотой плоской моды упругих колебаний вдоль связи   Сu-O, а не с большим значением параметра электрон-фононной связи.

        Существенным фактором, обуславливающим возникновение ВТСП, следует считать "вымораживание" колебаний решетки при температуре ниже   Т_c, что также неплохо согласуется с экспериментальными данными по температурным зависимостям параметров кристаллической решетки.           При этом очевидно, имеет место своеобразное правило отбора, связанное с обменом импульсом в системе электрон - решетка. В соответствии с теоретическими предпосылками, рассмотренными ранее в работах [3,4] , такой отбор, обязанный дискретности спектра импульсов в кристалле, приводит к условию p = п ћ k, что в конечном итоге воспринимается как чисто квантовый эффект.

        В принципе, можно утверждать, что теоретический поиск механизма ВТСП продолжается и по настоящее время [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Высокотемпературные сверхпроводники: Пер. с англ./ Под ред. Д. Нелсона, М. Уиттинхема, Т. Джорджа. - М.: Мир 1988.

2. Шаляпин А.Л, Семиряков И.С, Тельных Т.Ф., Шульгин Б.В., Фотиев А.А. О роли кристаллической решетки в возникновении высокотемпературной сверхпроводимости. Информационные материалы. Физико-химические основы синтеза и свойства ВТСП - материалов. - Свердловск: Изд-во ИХ УрО РАН СССР, 1990, с 33-50.

3. Шаляпин А.Л. Стукалов В.И. К вопросу о применимости метода Фурье в дифракционных моделях / УГТУ - УПИ. Екатеринбург, 1996. Деп. в ВИНИТИ, 1996. № 2693-В96.

4. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И.. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург: Издательство УГТУ, 1999. 

5. Proceddings of the 3 rd International Conference on new theories, discoveries and applications of superconductors and related materials New3 SC - 3, Honolulu, Hawaii. Jan. 15-19, 2001.