Журнал Компьютерра - Журнал Компьютерра N732

Важные результаты, проливающие свет на загадку высокотемпературной сверхпроводимости, получили физики из Принстонского университета при поддержке коллег из нескольких научных центров США и Японии. Оказывается, в сверхпроводящем состоянии в керамике Bi2Sr2CaCu2O8+d теснее всего связаны именно те электроны, которые сильнее других отталкиваются друг от друга при нормальном состоянии материала.

Вот уже более двух десятилетий, несмотря на титанические усилия многих научных групп, исследователи никак не могут разобраться с механизмом высокотемпературной сверхпроводимости. И масса электроэнергии по-прежнему тратится на бесполезный нагрев проводов. Очень сложные, состоящие из четырех-пяти элементов капризные высокотемпературные сверхпроводники плохо поддаются экспериментаторам, а развитая в конце пятидесятых годов теория, сносно объяснившая сверхпроводимость металлов и сплавов при низких температурах, отказывается в них работать.

Согласно этой теории, сверхпроводящее состояние возникает, если часть электронов проводимости объединяется в пары, которые благодаря охлаждению материала конденсируются в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией. В этом состоянии пары путешествуют по материалу, не испытывая столкновений, и ток течет без всякого сопротивления. В пары, одинаково заряженные и обычно отталкивающиеся друг от друга, электроны заставляет объединяться их сравнительно слабое взаимодействие с колебаниями кристаллической решетки материала. В ней электроны, как два бильярдных шара в мягкой перине, стремятся сблизиться друг с другом, "чувствуя" ямку от соседа.

Но каков механизм спаривания электронов в высокотемпературных сверхпроводниках? Чтобы его разглядеть, ученые разработали специальный сканирующий туннельный микроскоп и с его помощью составляли карту сил взаимодействия электронов на атомных масштабах. Такие карты получили для керамики из стронция, висмута, кальция и оксида меди в холодном сверхпроводящем состоянии и в нормальном состоянии при температуре, заметно выше критической. Сопоставив две карты, ученые обнаружили, что они почти совпадают с точностью до наоборот. То есть электроны, которые сильнее других отталкивались при высокой температуре, в сверхпроводящем состоянии лучше спариваются! Это совсем не похоже на карту взаимодействия электронов в обычном низкотемпературном сверхпроводнике, в котором сильное отталкивание электронов при высоких температурах не способствует их спариванию при низких.

Новые экспериментальные данные дают богатую пищу для размышления теоретикам. Теперь стало понятно, почему обычная теория сверхпроводимости уже не работает в высокотемпературных сверхпроводниках. Там за спаривание отвечает не слабое взаимодействие электронов с возбуждениями решетки, а их сильное квантовое взаимодействие в сложной структуре материала. И теперь можно надеяться, что адекватная теория сверхпроводимости вскоре будет создана. Можно даже помечтать, что с ее помощью будут найдены материалы, сверхпроводящие при комнатной температуре, что в корне изменит всю энергетику и электронику. ГА

Новое устройство для измерения температуры в центрах обработки данных разработали ученые из Fujitsu Laboratories. Единственное оптическое волокно длиной до 10 км, пропущенное по всему помещению и прямо в серверах, одновременно служит и датчиком температуры, и устройством для передачи данных, используя эффект рамановского рассеяния света. Ранее похожие методы с заметно худшим разрешением и чувствительностью используются для измерения температуры в длинных туннелях.

Работает новое устройство следующим образом. Короткий и мощный импульс света с необходимой частотой опроса периодически посылается вдоль волокна. Следуя по волокну, импульс вызывает рамановское рассеяние, спектр которого зависит от температуры волокна. Рассеянное излучение возвращается назад по волокну, и по времени его задержки можно определить, из какого места оно пришло, а по спектру судить о температуре в этой точке.

Точность измерения температуры достигает половины градуса, но для ее достижения нужна предварительная калибровка системы на уже проложенном волокне. Другой недостаток метода состоит в том, что он не позволяет надежно измерять температуру, если она многократно и сильно меняется в соседних точках. Большие температурные градиенты сильно искажают спектр. Поэтому, прежде чем проложить волокно, приходится прибегать к процедуре численного моделирования температурного режима во всем центре так, чтобы выбрать оптимальный путь для волокна.