Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
Научные открытия в области физики твёрдого тела.



Научное открытие "Явление фазовых переходов вещества в магнитном поле"

Формула открытия: "Установлено неизвестное ранее явление фазовых переходов вещества в магнитном поле, заключающееся в том, что под действием сильного и сверхсильного магнитного поля происходит переход металла в полупроводник, полупроводника в металл и образование безщелевого состояния вещества и экситонных фаз. Указанное явление наблюдалось экспериментально при температуре ниже 20°K".
Авторы: Н. Б. Брант, Е. А. Свистова, С. М. Чудинов, А. А. Абрикосов.
Номер и дата приоритета: № 156 от 25 июня 1967 г.


Описание открытия.
Профессор, доктор физико-математических наук Н. Б. Брант, кандидаты физико-математических наук Е. А. Свистова и С. М. Чудинов (МГУ) совместно с членом-корреспондентом АН СССР А. А. Абрикосовым (Институт теоретической физики) открыли ранее неизвестное явление фазовых переходов вещества в магнитном поле.

Все знают классическое деление твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики. Ранее полагали, что оно носит абсолютный характер, и принадлежность вещества к одной из этих групп является его постоянным свойством. Правда, было известно, что под действием высокого давления свойства веществ меняются, однако это изменение является следствием кардинальной перестройки структуры кристаллической решетки, так что при этом возникает, по существу, новое вещество. Например, такой полупроводник, как германий, при нормальных условиях имеющий решетку типа алмаза, при давлении в несколько сот тысяч атмосфер превращается в вещество с гранецентрированной кубической решеткой. В последние десятилетия было обнаружено, что под действием давления можно изменять свойства вещества без качественной перестройки кристаллической решетки. Изменение свойств вещества при таких переходах происходит в результате качественного изменения свойств электронов.

До недавнего времени считалось, что реально достижимые магнитные поля не могут существенно изменить свойства твердого тела. В 1967 году группа сотрудников физического факультета МГУ под руководством профессора Н. Б. Бранта начала экспериментальное исследование веществ в сверхсильных магнитных полях. Для проведения экспериментов была создана установка, позволяющая впервые в мире получать магнитные поля до 600 тыс. Э при температурах, близких к абсолютному нулю, и проводить исследования свойств веществ в этих условиях. На Земле в естественных условиях таких магнитных полей нет, но астрофизики полагают, что они существуют во Вселенной в районах нейтронных звезд. Одновременно с экспериментами были начаты теоретические исследования под руководством члена-корреспондента АН СССР А. А. Абрикосова.

Авторы открытия установили, что сильное магнитное поле может придавать веществам новые необычные свойства, когда оно действует при температуре, близкой к абсолютному нулю. Так, металлы становятся изоляторами, а диэлектрики – проводниками. Кроме того, были обнаружены два совершенно новых для физики состояния вещества - безщелевое состояние и экситонная фаза.
"Оба эти состояния, - рассказывает Н. Б. Брант, - промежуточные между металлическим и диэлектрическим состоянием. Они обладают рядом качественно новых свойств, не присущих металлу или диэлектрику. Безщелевое состояние, возникающее в магнитном поле, образуется в системе электронов, каждый из которых имеет только одну степень свободы вдоль магнитной силовой линии. Такая система называется одномерной. Именно эта ее особенность определяет качественное отличие безщелевого состояния в магнитном поле от известного ранее безщелевого состояния, возникающего в кристаллах с определенной симметрией решетки или под действием давления, в котором носители тока имеют три степени свободы движения.

Наиболее удивительной является экситонная фаза. В этой фазе все или часть носителей объединяются в пары, состоящие из электрона и дырки. У таких пар, называемых экситонами, электрический заряд равен нулю. В связи с этим они перестают переносить электрический ток. Поэтому если в спаривании примут участие все наличные носители тока, то система полностью утратит электропроводность и превратится в так называемый экситонный диэлектрик. Многими свойствами экситонный диэлектрик напоминает сверхпроводник. В сверхпроводнике носители тока также образуют пары, состоящие из двух электронов. Движение сверхпроводящих пар сопровождается переносом заряда и образованием сверхпроводящего тока".
Конечно, металл, рожденный магнитным полем, это искусственный металл с некоторыми новыми качествами. Но ему присущи все основные свойства естественного металла – металлическая проводимость, электронная теплоемкость, теплопроводность.

Открытие позволяет управлять свойствами вещества при помощи магнитного поля. Оно положило начало новому направлению в физике твердого тела – исследованиям свойств вещества в экстремальных физических условиях, при которых энергия взаимодействия с внешними магнитными полями превышает характерные энергии внутренних взаимодействий. Полученные авторами открытия результаты по качественному изменению свойств вещества и возникновению его новых состояний в магнитном поле объясняют гальваномагнитные и другие явления в ультрадавантовой области магнитных полей. Они подтверждаются опытами, поставленными в научных центрах СССР, США, Канады, Японии, Швейцарии.

Открытие вооружает инженеров новыми принципами конструирования полупроводниковых приборов, измерительной техники с высоким быстродействием. Оно позволяет сделать оптический квантовый генератор универсальным прибором. Пока современные ОКГ производят электромагнитные волны только одной длины (частоты). Поэтому существуют много типов ОКГ с различными энергетическими характеристиками. Одни ОКГ могут лишь нагреть вещество, другие – расплавить и даже испарить, третьи – зажечь высокотемпературную плазму. Каждому типу ОКГ соответствует свой активный элемент, испускающий свет, – кристалл, газовая смесь, жидкость с растворенными окислами некоторых элементов, полупроводники.

Необычная широта сферы применения ОКГ требует все новых типов их конструкций. Если же активный элемент изготовить из искусственных материалов, полученных с помощью сильного магнитного поля, то ОКГ станет универсальным. Под действием магнитного поля прибор сможет менять частоту излучения и работать в разных режимах. Открытие привело к развитию нового направления в электронике, получившего название радиоэлектроники милливольтного диапазона, а также к созданию твердотельных электронных приборов нового типа.




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МИРОЗДАНИЕ
Сайт создан в системе uCoz