Висмут признан сверхпроводником

Явление сверхпроводимости представляет огромный интерес как в практическом применении, так и для фундаментальных исследований. Свойством сверхпроводимости обладает небольшой ряд материалов, и ученые как исследуют свойства известных, так и ищут новые.

Висмут при нормальных условиях — серебристый, с розоватым оттенком металл. Служит компонентом антикоррозийных сплавов, катализаторов, полупроводников и т. п.

Ранее ученым не удавалось выявить сверхпроводимость висмута, но его аномальные электронные свойства позволяют использовать металл как настоящий сверхпроводник. Он обладает большой длиной свободного пробега электронов при комнатной температуре — более 2 мкм. Для сравнения: среднее значение этой величины в металлах около 30 нм.

Подвижность носителей составляет 3,5*107 см2/(В*с). Это значение минимум на порядок превышает измеренные на данный момент самые высокие величины подвижности зарядов в металлах. Причиной является отсутствие рассеивания электронов на точечных дефектах кристалла и атомных примесях.

Ученые из Индии впервые нашли объемную сверхпроводимость в чистом (99.998%) висмуте при температуре ниже 0,53 мК (-273,15 Цельсия) при нормальном атмосферном давлении. Ранее сверхпроводимость в нем наблюдалась лишь при повышенном давлении.

Сверхпроводимость характеризуется строго нулевым электрическим сопротивлением. Следовательно, если пустить ток по образцу с помощью внешнего источника тока, то после отключения этого источника направленное движение электронов (то есть ток) будет продолжаться бесконечно долго. Данные условия соблюдаются при низких температурах.

В данном случае для эксперимента измерялся ток в образце до и после удаления внешнего источника тока. После отключения внешнего воздействия при низкой температуре ток не затухал, что и говорит о сверхпроводимости чистого висмута.

Исследование опубликовано в журнале Science.

О том, как сверхпроводящие материалы получают в России, смотрите видео «Чердака».