Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
Научные открытия в области термодинамики и электродинамики сверхпроводников.



Научное открытие "Явление электронно-дырочных превращений при отражении носителей заряда от границы между нормальным и сверхпроводящим металлами – Андреевское отражение".

Формула открытия: "Установлено неизвестное ранее явление электронно-дырочных превращений при отражении носителей заряда от границы между нормальным и сверхпроводящим металлами, заключающееся в том, что в результате взаимодействия носителей заряда с границей сверхпроводника происходит изменение типа носителей (электрон–дырка, дырка–электрон) и направления их движения на противоположное, обусловленное не равной нулю минимальной энергией возбуждения электронов (энергетической щели) в сверхпроводнике".
Авторы: А. Ф. Андреев, Н. В. Заварицкий, И. П. Крылов, В. С. Цой, Ю. В. Шарвин.
Номер и дата приоритета: № 334 с приоритетом по трем датам – от 7 января 1960 г. в части установления специфичности в отражении носителей заряда от границы между нормальным и сверхпроводящим металлами, 27 ноября 1963 г. в части теоретического обоснования явления и 17 июня 1970 г. в части экспериментального обнаружения явления.
Дата регистрации: 11 июня 1987 г.


Описание открытия.
Считалось, что отражение света и всех известных частиц от плоской границы происходит зеркально согласно закону: «Угол падения равен углу отражения». Однако Российским ученым удалось установить, что заряженные частицы (электроны и дырки) на границе обычного металла и сверхпроводника отражаются точно назад при любом угле падения. Такая простота геометрической картины «отражения сопровождается сложным процессом взаимопревращения частиц (падающий электрон превращается в дырку и наоборот) и изменением знака массы частицы.

Первые свидетельства необычного характера отражения электронов от границы раздела между нормальным металлом и сверхпроводником были получены при изучении теплопроводности металлических образцов высокой химической чистоты и структурного совершенства в промежуточном состоянии, когда образец представлял собой систему чередующихся полос нормального металла и сверхпроводника. Теплопроводность образца определялась практически только электронами и измерялась вдоль направления, перпендикулярного к полосам. Гигантское уменьшение теплопроводности при переводе образца в промежуточное состояние указывало на отражение электронов от границ между нормальным металлом и сверхпроводником. В то же время электросопротивление образцов в промежуточном состоянии не обнаруживало каких-либо аномалий.

Теоретическое исследование электронного процесса теплопередачи в системе чередующихся полос сверхпроводника и нормального металла, в частности, показало, что вследствие перестройки электронного спектра в сверхпроводнике отражение носителей заряда от границы нормальный металл—сверхпроводник должно иметь необычный характер: вектор скорости и знаки заряда и массы при отражении изменяются на обратные. Методические успехи в технике физического эксперимента позволили использовать дифференциальные методы для изучения действительного характера отражения электронов. С помощью радиочастотного размерного эффекта было осуществлено прямое наблюдение андреевского отражения, а с помощью поперечной электронной фокусировки – прямое наблюдение изменения знака носителей тока при отражении.

Научное значение открытия заключается в том, что принципиально новый характер отражения существенно расширяет наши представления о процессах, происходящих с носителями тока в металлах и полупроводниках. Понимание процессов андреевского отражения, достигнутое благодаря исследованиям авторов, легло в основу построения термодинамики и электродинамики сверхпроводников в промежуточном состоянии.

В рамках новых представлений находят объяснение непонятные ранее многочисленные измерения тепловых и электрических свойств сверхпроводников в промежуточном состоянии. Данное открытие позволило вывести уравнения макроскопической электродинамики, охватившей широкую область динамических явлений в сверхпроводниках в промежуточном состоянии. Значение открытия выходит далеко за рамки сверхпроводников. Андреевское отражение в действительности относится к широкому кругу физических явлений, в которых происходит конденсация системы фермиевских частиц. Например, оно играет важную роль при исследовании свойств жидкого гелия-3, находящегося в сверхтекучем состоянии.

Используя необычные свойства андреевского отражения, авторы разработали метод оценки химической чистоты и структурного совершенства образцов из сверхчистых металлов, недостижимый ранее по чувствительности и простоте. Результаты данного открытия играют важную роль в сверхпроводящих устройствах, использующих контакты сверхпроводников с обычными металлами. Такие устройства в последние годы получили широкое применение в практике научных и промышленных лабораторий.




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