Отсутствие свободного движения электронов в ВТСП-керамике.

Когда обнаружилось, что образцы специальной керамики демонстрируют магнитную сверхвосприимчивость при температурах не в единицы Кельвинов, а уже при температуре кипения азота, то было объявлено об открытии феномена высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Подразумевается, что, в ВТСП-режиме, свободные электроны в образце способны двигаться в условиях нулевого омического сопротивления.

Мы провели простейший эксперимент с образцом ВТСП-керамики, по результатам которого можем уверенно сказать: в ВТСП-режиме, никакого свободного движения электронов в образце нет.

Эксперимент заключался в пробе образца ВТСП-керамики щупами тестера, включённого на измерение омического сопротивления, при двух температурах: комнатной, а затем азотной, при явном признаке «сверхпроводящего» состояния – а именно, левитации «схваченного» над образцом постоянного магнитика.

Как известно, при измерении сопротивления тестером, его низковольтный источник создаёт электродвижущую силу, которая порождает постоянный ток электронов в цепи, замкнутой через щупы – и этот ток вызывает отклонение стрелки гальванометра. Чем меньше сопротивление тестируемого участка, тем больше ток, и, соответственно, больше отклонение стрелки прибора.

Мы искали ответ на вопрос – обнаружится ли разница в сопротивлении образца для двух случаев: при комнатной температуре и при азотной. В первом случае, свободное движение электронов в образце заведомо отсутствует, и тестер показывает сопротивление образца, далёкое от нулевого. Если во втором случае электроны в образце обрели бы способность к свободному движению, то тестер должен был бы показать гораздо меньшее сопротивление, а, практически, нулевое – как в режиме короткого замыкания, при касании щупами друг друга.

Видеоотчёт о нашем эксперименте свободно доступен [ВИД2]. Результат таков: не наблюдается уменьшение сопротивления ВТСП-образца по постоянному току при переходе от комнатной температуры к азотной. Это означает, что если при комнатной температуре в ВТСП-образце нет свободного движения электронов, то его нет и при азотной температуре.

После публикации в Интернете видео [ВИД2] и статьи [Г17], несколько человек сообщили мне, что точно так же тестировали ВТСП-керамику – с тем же результатом. «У меня ведь были килограммы этой керамики, – рассказывал знакомый технолог, – да разных составов, и всех их я вот также тыкал тестером. Ни одна, при азоте, короткого замыкания не давала». «А что ж молчал?» – спросил я. – «Да думал, что-то неправильно делаю… может, там какие-то поверхностные эффекты… контактная разность потенциалов… мало ли чего…» Но были и другие отклики. Один преподаватель кинулся извещать публику, что я «мерять не умею», а вот он является автором лабораторной работы – в которой, по правильной методике, свободное движение электронов в ВТСП-керамике отлично проявляется. «На постоянном токе?» – спросил я. – «Разумеется!» – заверил тот, и по моей просьбе, дал мне

 

Рис.9.6 Кадр из видео [ВИД2].

 

возможность ознакомиться с методичкой своей лабораторной работы. Читаем: «Измерения проводятся на частоте 10 кГц…» Вот она, «правильная» методика – в которой постоянным током считается ток на частоте 10 кГц! Давайте же не будем дурака валять: то, что ВТСП-керамика обладает исчезающе малым сопротивлением для переменных токов и импульсных сигналов – это хорошо известно, и это уже применяется в импульсной электронике. Но о свободном движении электронов в ВТСП-образцах говорило бы исчезающе малое сопротивление только по постоянному току. Вон, конденсатор тоже имеет малое сопротивление по переменному току – но движения электронов через конденсатор нет, о чём говорит и его бесконечное сопротивление по постоянному току. Кстати, в этой «правильной» лабораторной работе, заливаемый жидким азотом ВТСП-образец помещён на дно сосуда Дьюара с таким длинным и узким горлом, чтобы для больно любопытных студентов совершенно исключалась возможность дотянуться до образца щупами потихоньку принесённого тестера. Всё продумано!

А теперь, внимание, вопрос: если в ВТСП-керамике нет свободного движения электронов, то чем же обеспечивается её магнитное действие, дающее левитацию постоянного магнитика? Может ли это магнитное действие быть результатом упорядочивания собственных магнитных моментов электронов, т.е. их спинов?

Мы отвечаем: категорически нет – даже если спины электронов были бы физической реальностью (5.5, 9.3). Даже если допустить, что электрон обладает спином, то это нисколько не помогло бы объяснить ключевую особенность поведения постоянного магнитика рядом с ВТСП-образцом. А именно, после т.н. «схватывания», магнитик оказывается в устойчивом равновесии: после принудительного сдвига магнитика, он совершает затухающие колебания около исходного положения (это продемонстрировано и в нашем видео [ВИД2]).

Устойчивое равновесие возможно только при наличии возвращающих сил. Магнитная сцепка постоянного магнитика с ВТСП-образцом должна обеспечивать появление сил, противодействующих перемещениям магнитика. Такие силы известны – это силы, возникающие при явлении электромагнитной индукции. Но при этом явлении индуцируются макроскопические токи, что подчёркивается термином «ЭДС индукции» - поскольку эти токи возникают при изменениях магнитных потоков сквозь макроскопические замкнутые контура. И токи индукции не могут быть сведены ни к каким переориентациям спинов, и ни к каким подвижкам доменов, т.е. объёмчиков с одинаковыми ориентациями спинов. Причина совсем проста: токи – это упорядоченное движение электричества, а, при перетряхиваниях спинов, движения электричества нет.

Таким образом, ВТСП-образец должен обладать способностью к индуцированию, в своём объёме, макроскопических электрических токов, магнитное действие которых противодействует перемещениям «схваченного» магнитика. Наличие динамической составляющей магнитного отклика у ВТСП-образца принципиально отличает его от постоянного магнита – у магнитного действия которого нет динамической составляющей.

В официальной физике до сих пор отсутствует объяснение того, что представляют собой токи электричества, обеспечивающие гибкий и мощный магнитный отклик ВТСП-образца – если это не свободное движение электронов в нём. Мы же даём простое объяснение природы этих токов: это миграции зарядовых разбалансов (9.3). Перестройки замкнутых цепочек атомов, по которым мигрируют зарядовые разбалансы, и дают, на наш взгляд, динамический магнитный отклик ВТСП-образца на перемещения «схваченного» постоянного магнитика – обеспечивая появление возвращающих сил. С учётом запаздывания противодействий этим перемещениям – из-за того, что на перестройку путей миграций зарядовых разбалансов требуется ненулевое время – получается решение ([Г17]) в виде затухающих колебаний магнитика около положения его «схватывания». Это и наблюдается на опыте, причём, наша модель согласуется с опытом не только качественно, но и количественно.

В самом деле, можно оценить характерную длину цепочек атомов, по которым мигрировали зарядовые разбалансы в использованном нами ВТСП-образце. Пусть длительность миграции зарядового разбаланса по такой цепочке – это и есть характерное время её перестройки, т.е. это и есть характерное время t запаздывания магнитного противодействия. При постоянной затухания колебаний магнитика, визуально оцениваемой в пару секунд, запаздывание t должно составлять около одной секунды. Оценим, сколько атомов укладывается на цепочке, по которой зарядовый разбаланс передаётся за одну секунду. Время передачи зарядового разбаланса с атома на соседний атом зависит от частоты переключений валентных конфигураций [Г6] в этих атомах. У атомов металлов, при температуре кипения азота, около 78^оК, эта частота, по нашей модели [Г6], должна составлять ~10⁹ Гц. Следует учесть, что в состав керамики входят атомы разных элементов, валентные переключения у которых не идеально согласованы – что уменьшит эффективную скорость передачи зарядовых разбалансов. В качестве грубой оценки примем, что эффективная частота валентных переключений в нашем случае составляет не вышеназванное значение 10⁹ Гц, а в пять раз меньшее, т.е. 2×10⁸ Гц. Тогда, за одну секунду, зарядовый разбаланс переместится по цепочке из 2×10⁸ атомов. При среднем расстоянии между атомами в 3 Ангстрема, эффективная длина замкнутой цепочки атомов составит около 6 см. Этот результат, при габаритах использованного нами ВТСП-образца в 4.5´4.5´1.5 см, неплохо согласуется с заверениями его изготовителей о том, что он является однодоменным – в котором, по нашей терминологии, любая цепочка миграций зарядовых разбалансов может использовать, для своего выстраивания, не часть объёма образца, а весь его объём сразу.