Ginzburg - O nadprzewodnictwie i nadciekłości.pdf - Varia (Fizyka) - pgwizdal

WYKŁAD NOBLOWSKI 2003

O nadprzewodnictwie i nadciekło±ci

(co mi si¦ udało zrobi¢, a czego nie)

oraz o „kanonie ﬁzyki” u zarania XXI wieku

Witalij Ł. Ginzburg

Instytut Fizyki im. P.N. Lebiediewa, Rosyjska Akademia Nauk, Moskwa

On superconductivity and superﬂuidity (what I have and have not managed to do),

as well as on the „physical minimum” at the beginning of the XXI century

Nobel Lecture, 8 December 2003, Stockholm

1. Wst¦p

i kontrolowana reakcja termoj¡drowa”. Taki wybór te-

matu uzasadnił w nast¦puj¡cy sposób: w dziedzinie ni-

skich temperatur pracował wiele lat wcze±niej i uwa»a,

»e bardziej interesuj¡ce mo»e by¢ omówienie zagad-

nie«, którymi si¦ zajmuje w chwili otrzymania Na-

grody. Z tego powodu Kapica mówił o swoim d¡»eniu

do zbudowania reaktora termoj¡drowego wykorzystu-

j¡cego pola elektromagnetyczne wielkiej cz¦sto±ci. No-

tabene podej±cie to nie doprowadziło do sukcesu, co

jest jednak w tym kontek±cie nieistotne.

Przede wszystkim pragn¦ serdecznie podzi¦kowa¢

Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk i jej Komite-

towi Noblowskiemu za przyznanie mi Nagrody Nobla

w dziedzinie ﬁzyki w 2003 r. Zdaj¦ sobie spraw¦, jak

trudno jest wyłoni¢ nie wi¦cej ni» trzech laureatów spo-

±ród znacznie liczniejszego grona osób nominowanych.

To czyni t¦ nagrod¦ szczególnie cenn¡. Osobi±cie mam

dwa dodatkowe powody do rado±ci z faktu jej otrzy-

mania. Po pierwsze, mam ju» 87 lat, a Nagrody Nobla

nie s¡ przyznawane po±miertnie. Po±miertne uznanie

nie ma dla mnie znaczenia, bo jestem ateist¡. Po dru-

gie, w roku 1958 Nagrod¦ Nobla przyznano Igorowi

Jewgienijewiczowi Tammowi (rys. 1), a w roku 1962 –

Lwu Dawidowiczowi Landauowi (rys. 2). Poza szkoł¡

okre±lenie „nauczyciel” nie jest precyzyjne i ma cz¦-

sto charakter formalny, np. nazywa si¦ tak promotora

pracy doktorskiej. Uwa»am jednak, »e w pracy na-

ukowej prawdziwym nauczycielem jest tylko ten, kto

ma najwi¦kszy wpływ na to, co robimy, kogo staramy

si¦ na±ladowa¢. Takimi osobami byli dla mnie wła-

±nie Tamm i Landau, jestem wi¦c szczególnie rad, »e

niejako spełniłem nadzieje, które we mnie pokładali.

Oczywi±cie chodzi nie tyle o sam¡ Nagrod¦, lecz o to,

»e jej otrzymanie po nich ±wiadczy o pój±ciu wytyczo-

nym przez nich szlakiem.

Teraz o wykładzie noblowskim. Jest zwyczajem

– nie wiem, czy zasad¡, czy po prostu tradycj¡ – »e

wykład taki dotyczy prac, za które Nagroda została

przyznana. Wiem jednak o co najmniej jednym wy-

j¡tku. Gdy Piotr Kapica otrzymał w 1978 r. Nagrod¦

za „podstawowe wynalazki i odkrycia w dziedzinie ﬁ-

zyki niskich temperatur”, wygłosił wykład „Plazma

Rys. 1. Igor Jewgienijewicz Tamm (1895–1971)

Wykład noblowski, wygłoszony 8 grudnia 2003 r. w Sztokholmie, został przetłumaczony za zgod¡ Autora i Fundacji

Nobla. [Translated with permission. Copyright c 2003 by the Nobel Foundation]

POSTPY FIZYKI

TOM 56

ZESZYT 2

ROK 2005

W.Ł. Ginzburg – O nadprzewodnictwie i nadciekło±ci oraz o „kanonie ﬁzyki” u zarania XXI wieku

2. Krótka historia moich prac w dziedzinie

nadprzewodnictwa przed odkryciem

nadprzewodników wysokotemperaturowych

Nie zapomniałem, na czym polegał mój „pio-

nierski wkład do teorii nadprzewodnictwa i nadcie-

kło±ci”, za który otrzymałem Nagrod¦, lecz nie chc¦

si¦ rozwodzi¢ na ten temat. Powód jest nast¦puj¡cy:

w roku 1997 zdecydowałem si¦ podsumowa¢ sw¡ dzia-

łalno±¢ w tej dziedzinie i napisałem artykuł zatytuło-

wany „Nadprzewodnictwo i nadciekło±¢ (co udało si¦

zrobi¢, a czego nie)” [1,2]. Omówiłem w nim m.in.

szczegółowo quasi-fenomenologiczn¡ teori¦ nadprze-

wodnictwa, któr¡ stworzyli±my razem z Landauem [3].

W takiej sytuacji powtarzanie tego wszystkiego jest

zb¦dne, a przede wszystkim nudne. Ponadto teoria

Ginzburga–Landaua, któr¡ nazywam teori¡ parame-

tru , została wykorzystana w pracy Aleksieja Abri-

kosowa [4] i b¦dzie on zapewne o niej mówił w swoim

wykładzie noblowskim (zob. Post¦py Fizyki 55 , 199

(2004) – red.). Warto te» wzi¡¢ pod uwag¦, »e teoria

ta została opisana w wielu podr¦cznikach (np. [5,6]).

Z drugiej strony s¡ w dziedzinie nadprzewodnictwa

i nadciekło±ci problemy, które wprawdzie podejmowa-

łem, lecz które nie zostały jeszcze wystarczaj¡co zba-

dane. Postanowiłem wi¦c skupi¢ si¦ w moim wykładzie

na dwóch wa»nych problemach tego typu.

Lew Landau przesiedział w wi¦zieniu dokładnie

rok i został zwolniony 28 kwietnia 1939 r., głównie

dzi¦ki zabiegom Kapicy, który za niego „osobi±cie por¦-

czył” (wi¦cej szczegółów – zob. np. [2], rozdz. 10). Sta-

tus osoby wymagaj¡cej takiego por¦czenia zachował a»

do swej przedwczesnej ±mierci w roku 1968. „Sprawa

Landaua” została oﬁcjalnie zako«czona (stwierdzono

„brak dowodów przest¦pstwa”) dopiero w roku 1990!

Pobyt w wi¦zieniu wywarł na Landaua du»y wpływ,

lecz szcz¦±liwie nie pozbawił go wyj¡tkowych uzdolnie«

do ﬁzyki. Dzi¦ki temu mógł on „odpłaci¢ za zaufanie”,

jak to si¦ wtedy mówiło, okazane przez tych, którzy go

zwolnili zamiast rozstrzela¢ lub kaza¢ mu gni¢ w wi¦-

zieniu (sam Landau opowiadał mi, »e był ju» bliski

±mierci). Odpłacił za to zaufanie, tworz¡c swoj¡ teori¦

nadciekło±ci [7]. Byłem na sali, gdy referował swe wy-

niki w roku 1940, a mo»e 1941 (artykuł został wysłany

do druku 15 maja 1941 r.). Na ko«cu tej pracy znala-

zły si¦ rozwa»ania o nadprzewodnictwie jako przejawie

nadciekło±ci (nadpłynno±ci) elektronów w metalach.

Praca Landaua oczywi±cie zrobiła na mnie wra-

»enie, ale w tym czasie entuzjazmowałem si¦ zupeł-

nie innymi zagadnieniami – teori¡ cz¡stek o du»ym

spinie, wi¦c nie zaj¡łem si¦ ﬁzyk¡ niskich tempera-

tur od razu, a zaraz potem wybuchła wojna (jak

wiadomo, dla Zwi¡zku Radzieckiego zacz¦ła si¦ ona

22 czerwca 1941 r.), radykalnie zmieniaj¡c nasze »ycie.

Instytut Fizyki Akademii Nauk ZSRR, gdzie pracowa-

łem i ci¡gle pracuj¦, został ewakuowany z Moskwy do

Kazania. Napotkałem tam wiele trudno±ci, które opi-

suj¦ w mojej autobiograﬁi. W ka»dym razie dopiero

w 1943 r. podj¡łem prób¦ stworzenia teorii nadprze-

wodnictwa w duchu landauowskiej teorii nadciekło±ci.

(Co prawda, ju» troch¦ wcze±niej rozwa»ałem problem

rozpraszania ±wiatła w helu II [8], opieraj¡c si¦ na teo-

rii Landaua [7]). Praca [9] nie ma dzi± du»ej warto±ci,

lecz wierz¦, »e zawierała ciekawe elementy, poniewa»

Bardeen analizował j¡ szczegółowo w swoim słynnym

artykule przegl¡dowym [10]. Podówczas byłem w ka»-

dym razie przekonany, »e jest dosy¢ słaba i dlatego

nie wysłałem jej do czasopisma ukazuj¡cego si¦ w j¦-

zyku angielskim, co zwykle robili±my w tamtym okresie

(czasopismo to – Journal of Physics USSR (rys. 3) –

przestało si¦ ukazywa¢ w roku 1947, w czasie zimnej

wojny).

Moja nast¦pna praca (rys. 3) dotyczyła zjawisk

termoelektrycznych w stanie nadprzewodz¡cym [11],

a jej losy wydaj¡ mi si¦ niezwykłe i dziwne. Min¦ło

60 lat, lecz pewne przewidywania zawarte w tej pracy

nigdy nie zostały zweryﬁkowane, a zjawiska termoelek-

tryczne w stanie nadprzewodz¡cym w ogóle nie zostały

nigdy dostatecznie zbadane. Sam nieraz wracałem do

tych tematów, lecz bez wi¦kszych sukcesów. Apele kie-

rowane do innych ﬁzyków miały znikomy skutek, te-

Rys. 2. Lew Dawidowicz Landau (1908–68)

Pierwszym z nich s¡ zjawiska termoelektryczne

w nadprzewodnikach, drugim – teoria parametru

dla stanu nadciekłego. Zanim jednak omówi¦ te pro-

blemy, najpierw mimo wszystko pokrótce przedstawi¦

histori¦ mojej działalno±ci w dziedzinie nadprzewod-

nictwa. Na zako«czenie wykładu pozwol¦ sobie po-

ruszy¢ spraw¦ pewnego programu edukacyjnego („ka-

nonu ﬁzyki”), która interesuje mnie ju» od ponad

30 lat.

POSTPY FIZYKI

TOM 56

ZESZYT 2

ROK 2005

W.Ł. Ginzburg – O nadprzewodnictwie i nadciekło±ci oraz o „kanonie ﬁzyki” u zarania XXI wieku

Rys. 3. Okładka angielskoj¦zycznego czasopisma, dzi¦ki któremu wiele osi¡gni¦¢ radzieckiej ﬁzyki docierało

do ﬁzyków na Zachodzie, i tytułowa strona zamieszczonego w nim artykułu [11]

matyka nie jest modna. Chc¦ wi¦c teraz wykorzysta¢

sw¡ ostatni¡ okazj¦, »eby zwróci¢ uwag¦ ±rodowiska

ﬁzyków na te sprawy. B¦dzie temu po±wi¦cony p. 4

wykładu.

Zjawiska termoelektryczne w nadprzewodnikach,

cho¢ ciekawe, s¡ jednak zagadnieniem szczegółowym,

wyst¦puj¡cym tylko w obecno±ci gradientu tempera-

tury. A przecie» w tamtych czasach nie istniała pełna

teoria nadprzewodnictwa nawet dla stanu równowagi

termodynamicznej. To prawda, »e znana teoria Londo-

nów, ogłoszona w roku 1935 [12] (b¦dzie o niej tak»e

mowa w p. 4), dała bardzo wiele i w pewnych wa-

runkach jest szeroko stosowana nawet obecnie [5,6,13],

lecz w istocie jest ona zdecydowanie niewystarczaj¡ca.

Stwierdzenie to w du»ej mierze uzasadniłem w mo-

jej nast¦pnej pracy, któr¡ przygotowałem ju» w roku

1944 [14]. Chodzi o to, »e teorii Londonów nie mo»na

stosowa¢ w silnych polach magnetycznych (w teorii

nadprzewodnictwa pole uwa»amy za silne, je»eli jest

rz¦du pola krytycznego H c – mówimy o nadprzewod-

nikach I rodzaju). Z teorii Londonów wynika tak»e, »e

energia powierzchniowa ns warstwy rozdzielaj¡cej ob-

szar normalny i nadprzewodz¡cy jest ujemna. Aby była

ona dodatnia, trzeba wprowadzi¢ – bez »adnych pod-

staw – jak¡± dodatkow¡ du»¡ energi¦ powierzchniow¡

pochodzenia innego ni» elektromagnetyczne. Tak wi¦c

stało si¦ oczywiste, »e teori¦ Londonów trzeba uogól-

ni¢. Ten problem został rozwi¡zany w roku 1950 w teo-

rii parametru dla nadprzewodnictwa 1 [3]. Rodzi si¦

pytanie, które mi cz¦sto zadawano, dlaczego musiało

upłyn¡¢ a» 5 lat od powstania pracy [14], w któ-

rej podniosłem konieczno±¢ uogólnienia teorii Londo-

nów, aby powstała teoria parametru . Oczywi±cie

nie mog¦ udzieli¢ odpowiedzi za innych ﬁzyków. Je-

±li chodzi o mnie, to do pewnego stopnia zbli»ałem

si¦ do tego celu, co opisałem w artykułach [1]. My±l¦,

»e powolno±¢ tego procesu brała si¦ głównie st¡d, »e

nie skupiałem si¦ na teorii nadprzewodnictwa. Fizycy

teoretycy maj¡ to wielkie szcz¦±cie, »e mog¡ praco-

wa¢ prawie jednocze±nie nad ró»nymi zagadnieniami

i szybko przerzuca¢ si¦ z tematu na temat. W latach

1944–50 poza nadprzewodnictwem i nadciekło±ci¡ zaj-

mowałem si¦ tak»e propagacj¡ fal radiowych w jonosfe-

rze (plazmie), promieniowaniem radiowym Sło«ca, roz-

praszaniem ±wiatła w cieczach, teori¡ promieniowania

przej±cia (zwróciłem uwag¦ na istnienie tego zjawiska

1 Jak ju» wspomniałem, nazywa si¦ j¡ powszechnie teori¡ Ginzburga–Landaua. Zdecydowałem si¦ na u»ywanie

terminu „-tieorija swierchprowodimosti” (dosłownie „teoria nadprzewodnictwa”, w polskiej terminologii – „teoria

Ginzburga–Landaua” – tłum.), poniewa» uwa»am, »e u»ywanie własnego nazwiska w takim kontek±cie jest pretensjo-

nalne, przynajmniej w j¦zyku rosyjskim. Ponadto podobn¡ teori¦ opisuj¡c¡ nadciekło±¢ opracowałem wspólnie z Lwem

Pitajewskim i Aleksandrem Sobianinem, a nie z Landauem.

POSTPY FIZYKI

TOM 56

ZESZYT 2

ROK 2005

W.Ł. Ginzburg – O nadprzewodnictwie i nadciekło±ci oraz o „kanonie ﬁzyki” u zarania XXI wieku

wspólnie z Ilj¡ Frankiem), relatywistyczn¡ teori¡ cz¡-

stek o du»ym spinie (cz¦±ciowo we współpracy z Igorem

Tammem), promieniowaniem undulatorów, teori¡ fer-

roelektryków i licho wie czym jeszcze. Warto podkre-

±li¢, »e zjawiska ferroelektryczne (głównie w BaTiO 3 )

dyskutowałem [15] na podstawie landauowskiej teorii

przemian fazowych i wła±nie to podej±cie pó¹niej roz-

wijałem (zob. artykuł 5 w zbiorze [2]; wi¦cej szczegó-

łów dotycz¡cych wspomnianych tematów i innych mo-

ich prac mo»na znale¹¢ w artykule „Próba naukowej

autobiograﬁi” w ksi¡»ce [16]).

Teoria parametru [3] jest, mo»na powiedzie¢,

zastosowaniem landauowskiej teorii przemian fazo-

wych do nadprzewodnictwa. Rol¦ parametru porz¡dku

odgrywa w tym przypadku pewna skalarna, zespolona

funkcja . Zgodnie z planem wykładu ogranicz¦ si¦ do

podania równa« zawieraj¡cych oraz wektorowy po-

tencjał pola elektromagnetycznego A (jak wiadomo,

rot A = H , gdzie H jest nat¦»eniem pola magnetycz-

nego, które w tym przypadku nie ró»ni si¦ od wektora

indukcji magnetycznej; ponadto korzysta si¦ z cecho-

wania div A = 0):

tyczne pola dla próbki obj¦to±ciowej (wcze±niej wspo-

mniałem o nat¦»eniu krytycznym H c , które dla warstw

ma wi¦ksz¡ warto±¢ ni» H cm ).

Poniewa» teoria parametru jest teori¡ fenome-

nologiczn¡, warto±ci masy m oraz ładunku elektrycz-

nego e nie s¡ z góry znane. W takim przypadku, po-

niewa» parametr nie odpowiada »adnej obserwowal-

nej wielko±ci (takimi wielko±ciami s¡ w szczególno±ci

0 oraz H cm ), warto±¢ masy mo»e by¢ dowolnie wy-

brana, gdy» nie nale»¡ od niej »adne wielko±ci mie-

rzalne. Szczególnie interesuj¡ca i intryguj¡ca jest jed-

nak kwestia wyboru warto±ci e . Od pocz¡tku uwa»a-

łem, »e e jest pewnym ładunkiem efektywnym, który

mo»e si¦ ró»ni¢ od ładunku e elektronu czy te» – jak si¦

niekiedy mówi – swobodnego elektronu. Jednak»e Lan-

dau nie widział potrzeby wprowadzania rozró»nienia

mi¦dzy e oraz e , wi¦c w naszej pracy [3] napisali±my

kompromisowo, »e „nie ma podstaw, aby uwa»a¢, »e

ładunek e jest ró»ny od ładunku elektronu”. Ja pozo-

stawałem przy swoim zdaniu i dostrzegłem mo»liwo±¢

rozstrzygni¦cia tego problemu dzi¦ki porównaniu teo-

rii z do±wiadczeniem. Ładunek e pojawia si¦ bowiem

we wzorze (5) okre±laj¡cym parametr {, a wyst¦puj¡ce

w nim warto±ci 0 oraz H cm mo»na zmierzy¢ do±wiad-

czalnie. Ponadto { wyst¦puje w wyra»eniach okre±la-

j¡cych energi¦ powierzchniow¡ ns , gł¦boko±¢ wnikania

silnego pola magnetycznego ( H > H cm ) oraz nat¦»e-

nia graniczne pól, przy których mo»e nast¡pi¢ prze-

chłodzenie lub przegrzanie nadprzewodz¡cych próbek.

Drog¡ porównywania do±wiadczenia i teorii doszedłem

do wniosku [17], »e e = (2–3) e . Gdy dyskutowałem

ten wynik z Landauem, wyraził on – jak przedtem –

swój sprzeciw, nie wspieraj¡c go jednak nowymi argu-

mentami. Je±li zało»y¢, »e ładunek e jest wielko±ci¡

efektywn¡, tak jak masa efektywna m w teorii metali

i półprzewodników, to powinien on w ogólno±ci zale»e¢

od współrz¦dnych, poniewa» parametry charakteryzu-

j¡ce półprzewodnik zale»¡ od temperatury, ci±nienia

i składu, które z kolei mog¡ zale»e¢ od poło»enia r .

Je±li za± e zale»y od r , to tracimy niezmienniczo±¢ ce-

chowania równa« (1) i (2) teorii parametru . Nie zna-

lazłem podstaw, by odrzuci¢ obiekcje Landaua, wi¦c

w artykule [17] przedstawiłem sytuacj¦ (przytaczaj¡c

opini¦ Landaua, oczywi±cie za jego zgod¡).

Rozwi¡zanie okazało si¦ bardzo proste. Po po-

wstaniu teorii Bardeena–Coopera–Schrieera (BCS)

w roku 1957 [18] stało si¦ jasne, »e w nadprzewod-

nikach tworz¡ si¦ pary elektronów o przeciwnych p¦-

dach i spinach (mówi¦ o najprostszym przypadku). Te

pary, nazywane czasem parami Coopera, maj¡ zerowy

spin i s¡ cz¡stkami, czy ±ci±lej – kwazicz¡stkami, podle-

gaj¡cymi statystyce Bosego. Zjawisko nadprzewodnic-

twa powstaje w wyniku kondensacji Bosego–Einsteina

tych par. Notabene, ju» w 1952 r. zauwa»yłem [19], »e

naładowany gaz bozonowy powinien si¦ zachowywa¢

jak nadprzewodnik, lecz nie doszedłem do idei par. Co

ciekawe, pomysł ten pojawił si¦ [20,21] jeszcze przed

prac¡ Coopera [22]. Jak bezpo±rednio wynika z teorii

− i h r− e

2 m

+ + | | 2 = 0 , (1)

c A

A = − 4

c j s ,

j s = − i e h

2 m ( r − r ) − ( e ) 2

mc | | 2 A . (2)

Rozwa»my stan równowagi – lub przynajmniej stan

stacjonarny – i załó»my, »e g¦sto±¢ pr¡du normalnego

(niezwi¡zanego z nadprzewodnictwem) j n = 0 (cał-

kowita g¦sto±¢ pr¡du j = j s + j n , gdzie j s jest g¦-

sto±ci¡ pr¡du nadprzewodnictwa). Przyjmijmy tak»e

warunek brzegowy na granicy nadprzewodnik–pró»nia

w postaci

− i h r− e

c A

= 0 ,

(3)

gdzie n jest wektorem jednostkowym prostopadłym do

powierzchni granicznej.

W pobli»u temperatury krytycznej T c , w któ-

rej zachodzi przej±cie fazowe mi¦dzy stanem normal-

nym i nadprzewodz¡cym, w teorii parametru mo»na

(a nawet trzeba) zało»y¢, »e

= 0 c ( T − T c ) , = ( T c ) c > 0 , 0 c > 0 , (4)

a wła±ciwo±ci nadprzewodnika s¡ okre±lone przez pa-

rametry

4 ( e ) 2 | | , { = m c

2 e

hc H cm 0 .

(5)

m c 2 c

2 =

0 =

e h

Parametr 0 jest tu gł¦boko±ci¡ wnikania słabego pola

magnetycznego H H cm , a H cm to nat¦»enie kry-

POSTPY FIZYKI

TOM 56

ZESZYT 2

ROK 2005

W.Ł. Ginzburg – O nadprzewodnictwie i nadciekło±ci oraz o „kanonie ﬁzyki” u zarania XXI wieku

BCS, rol¦ ładunku elektrycznego w teorii nadprzewod-

nictwa powinien odgrywa¢ ładunek pary elektronów,

czyli 2 e . Udowodnił to Gor´kow [23], który wyprowa-

dził równania teorii parametru z teorii BCS. Tak

wi¦c Landau miał racj¦ w tym sensie, »e ładunek e

powinien by¢ uniwersalny, a ja w tym sensie, »e nie

jest on równy e . Bardzo prosta my±l, »e oba warunki

nie wykluczaj¡ si¦ wzajemnie i »e e = 2 e , nie przyszła

jednak »adnemu z nas do głowy. Poniewczasie mo»na

si¦ wstydzi¢ swojej ±lepoty, lecz takie sytuacje zdarzaj¡

si¦ cz¦sto w nauce. Ja zreszt¡ nie tyle si¦ swej ±lepoty

wstydz¦, ile jestem niezadowolony, »e j¡ wykazałem.

W pracy [3] przedstawili±my wiele wyników. Dla

małej warto±ci parametru { obliczyli±my energi¦ po-

wierzchniow¡ ns oraz wykazali±my, »e maleje ona ze

wzrostem { i staje si¦ równa zeru, gdy { = { c = 1 /

padek nadprzewodników anizotropowych [28]. Dalsze

prace dotyczyły przegrzania i przechłodzenia nadprze-

wodników w polu magnetycznym [29], skwantowania

strumienia nadprzewodnictwa w przypadku nadprze-

wodz¡cego cylindra o dowolnej grubo±ci ±cianki [30]

i porównania teorii parametru z wynikami do±wiad-

czalnymi [31] po powstaniu teorii BCS. Warta pod-

kre±lenia jest praca [32] i jej rozwini¦cie – praca [33]

– które dotyczyły nadprzewodników ferromagnetycz-

nych. Takie nadprzewodniki nie były jeszcze wówczas

odkryte i w pracy [32] przedstawiłem wyja±nienie tego

faktu zwi¡zane z uwzgl¦dnieniem energii magnetycz-

nej. Pó¹niej (po powstaniu teorii BCS) stało si¦ ja-

sne, »e wyst¦powanie nadprzewodnictwa w ferroma-

gnetykach jest tak»e utrudnione ze wzgl¦du na oddzia-

ływania mi¦dzy spinami. Ja sam si¦ tym nie zajmo-

wałem, chciałbym jednak zwróci¢ uwag¦ na nast¦pu-

j¡c¡ spraw¦. W pracy [32] przeprowadziłem pewne roz-

wa»ania, które wskazywały na mo»liwo±¢ zmiany roli

czynnika magnetycznego (przez u»ycie cienkich warstw

i materiałów o stosunkowo du»ym polu koercji). Nie s¡-

dz¦, »eby kto± zwrócił uwag¦ na te mo»liwo±ci – stare

prace s¡ rzadko czytane. Oczywi±cie nie jestem pewien,

czy dzi± kto± mo»e znale¹¢ w pracach [32,33] co± inte-

resuj¡cego – chciałbym po prostu, »eby kto± do nich

zajrzał.

W dzi± ju» zamierzchłym roku 1943 zaanga»owa-

łem si¦ w badania nadprzewodnictwa, poniewa» w tym

czasie było to jedno z najbardziej tajemniczych zja-

wisk w ﬁzyce materii skondensowanej. Po sformuło-

waniu teorii parametru , a zwłaszcza po powstaniu

teorii BCS, wi¦kszo±¢ zagadek wyja±niono, przynaj-

mniej w odniesieniu do znanych wówczas materiałów.

Z tego powodu straciłem szczególne zainteresowanie

nadprzewodnictwem, chocia» czasami robiłem te» co±

w tej dziedzinie (zob. [30,34]). Zainteresowałem si¦ t¡

tematyk¡ znowu w roku 1964 w zwi¡zku z rozwa»a-

niami na temat nadprzewodnictwa wysokotemperatu-

rowego. Dla rt¦ci (pierwszego nadprzewodnika odkry-

tego w roku 1911) T c = 4,15 K, a temperatura wrze-

nia 4 He pod ci±nieniem atmosferycznym wynosi 4,2 K.

Notabene, przez 15 lat – od roku 1908 do 1923 – cie-

kły hel uzyskiwano tylko w Lejdzie i badania w dzie-

dzinie ﬁzyki niskich temperatur rozwijały si¦ na bar-

dzo mał¡ według obecnych standardów skal¦. wiadczy

o tym fakt, »e literatura cytowana w monograﬁi [26]

zawiera ok. 450 prac po±wi¦conych badaniu nadprze-

wodnictwa (lub zbli»onych problemów) z lat 1911–44,

z czego tylko 35 prac przypada na lata 1911–25. Tym-

czasem po odkryciu nadprzewodnictwa wysokotempe-

raturowego latach 1986–87 w ci¡gu nast¦pnych 10 lat

powstało ok. 50 000 prac, czyli publikowano 15 prac

dziennie!

Oczywi±cie zaraz po odkryciu i pierwszych bada-

niach nadprzewodników zacz¦to zadawa¢ pytanie, dla-

czego to zjawisko obserwuje si¦ tylko w niskich tem-

Opieraj¡c si¦ na dost¦pnych danych do±wiadczalnych

s¡dzili±my, »e dla czystych nadprzewodników { < { c ,

i tak na ogół jest w istocie. W ka»dym razie rozwa»a-

li±my szczegółowo tylko nadprzewodniki, dla których

{ < { c , obecnie nazywane nadprzewodnikami I ro-

dzaju. W pó¹niejszych pracach równie» ograniczałem

si¦ do badania nadprzewodników tego typu (znanym

wyj¡tkiem był artykuł [24]).

W roku 1950, jak zreszt¡ i przedtem, wiedziano, »e

stopy nadprzewodz¡ce maj¡ wła±ciwo±ci istotnie ró»ne

od czystych nadprzewodników. Szczególnie klarowne

wyniki dotycz¡ce stopów otrzymał w połowie lat trzy-

dziestych w Charkowie Lew Szubnikow 2 ze współpra-

cownikami (zob. [25] i podan¡ tam literatur¦); ta te-

matyka była te» poruszona w pracy [26] (wi¦cej szcze-

gółów mo»na znale¹¢ w [27]). W pracy [27] u»yto na-

wet terminu „faza Szubnikowa” na okre±lenie bada-

nych przez niego stopów. Brakowało jednak zrozumie-

nia tych zjawisk; Landau i ja, jak zreszt¡ wielu innych,

traktowali±my stopy jak „±liski temat” i nie interesowa-

li±my si¦ nimi. Ograniczali±my si¦ do materiałów, dla

których { < { c oraz ns > 0, czyli nadprzewodników

I rodzaju. To prawda, »e – jak pisze Abrikosow w swo-

ich prac ac h [4] i [5] – Landau zakładał, »e dla stopów

{ > 1 / p 2, czyli »e – jak by±my obecnie powiedzieli –

s¡ to nadprzewodniki II rodzaju.

Rozwi¡zanie ró»nych problemów na podstawie

teorii parametru było głównym przedmiotem ba-

da«, których wyniki zamie±cili±my w pracy [3]. Poza

wspomnianym ju» pytaniem o energi¦ ns rozwa»a-

li±my zachowanie si¦ płytek i cienkich warstw w ze-

wn¦trznym polu magnetycznym, a w niektórych przy-

padkach tak»e przy przepływie pr¡du elektrycznego,

oraz porównywali±my teori¦ z wynikami do±wiadczal-

nymi. Pó¹niej Landau stracił zainteresowanie takimi

obliczeniami i w ogóle rozwijaniem teorii parametru .

Moje własne wysiłki zwi¡zane z t¡ tematyk¡ opisa-

łem w pracach [1]. Ogranicz¦ si¦ tu tylko do wzmianki

o wa»nym uogólnieniu teorii parametru [3], w której

nadprzewodniki przyjmowano za izotropowe, na przy-

W roku 1937, gdy terror stalinowski był wszechobecny, Szubnikow został aresztowany i rozstrzelany.

POSTPY FIZYKI

TOM 56

ZESZYT 2

ROK 2005

Ginzburg - O nadprzewodnictwie i nadciekłości.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: