O‘ta o‘tkazuvchanlik nima

O‘ta o‘tkazuvchanlik — ayrim materiallarning elektr tokini so‘nmasdan o‘tkazish xususiyati bo‘lib, bunda bir vaqtning o‘zida magnit maydoni o‘ta o‘tkazgich hajmidan to‘liq yoki qisman siqib chiqariladi (bu hodisa Meysner effekti deb ataladi). Mazkur effekt o‘ta o‘tkazuvchanlikni klassik ma’nodagi oddiy ideal o‘tkazuvchanlik sifatida tushuntirib bo‘lmasligini ko‘rsatadi. Magnit maydonining siqib chiqarilishi o‘ta o‘tkazuvchanlikni boshqa mezoskopik hodisalardan, jumladan, energiya yo‘qotilmasdan yuz beradigan so‘nmaydigan toklardan va kvant Xoll effektidan ham ajratib turadi.

O‘ta o‘tkazgichlarning elektr qarshiligi muayyan chegaradan past haroratlarda (kritik haroratdan past) nolga teng bo‘ladi. O‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tadigan bir necha yuzta birikma, sof kimyoviy element, qotishma va keramika ma’lum. O‘ta o‘tkazuvchanlikning ko‘plab turlari mavjud bo‘lib, ayrimlari faqat nazariy jihatdan bashorat qilingan. Tajribada kuzatilgan ba’zi turlari kvant-mexanik izohga ega, boshqalari esa hali nazariy tushuntirishni kutmoqda.

O‘ta o‘tkazuvchanlik kashf etilganidan (1911) keyingi o‘nlab yillar davomida ushbu hodisa faqat mutlaq nolga juda yaqin o‘ta past haroratlarda kuzatilgan. 1986—1993-yillarda bir qator yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlarning (YHO‘O‘) kashf etilishi o‘ta o‘tkazuvchanlikning harorat chegarasini ancha oshirdi va o‘ta o‘tkazuvchi materiallardan nafaqat suyuq geliyning qaynash haroratida (4,2 K), balki ancha arzon kriogen suyuqlik bo‘lgan suyuq azotning qaynash haroratida (77 K) ham amalda foydalanish imkonini berdi.

Tarix

O‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasining kashf etilishiga materiallarni o‘ta past haroratlarga qadar sovitish texnologiyalarining rivojlanishi asos bo‘ldi. 1877-yilda fransuz muhandisi Lui Kayete va shveysariyalik fizik Raul Pikte bir-biridan mustaqil ravishda kislorodni suyuq holatga keltirdilar. 1883-yilda Zigmunt Vrublevski va Karol Olshevski suyultirgan modda azot edi. 1898-yilda Jeyms Dyuar suyuq holatda vodorod olishga ham muvaffaq bo‘ldi.

1893-yilda niderlandiyalik fizik Xeyke Kamerling-Onnes o‘ta past haroratlar muammosini o‘rganishga kirishdi. U dunyodagi eng yaxshi kriogen laboratoriyani tashkil qildi. Aynan shu laboratoriyada 10-iyul kuni, 1908-yilda u suyuq geliy oldi. Keyinchalik u geliyning haroratini 1 kelvingacha pasaytirishga muvaffaq bo‘ldi. Kamerling-Onnes suyuq geliydan metallarning xossalarini o‘rganishda, xususan, ularning elektr qarshiligining haroratga bog‘liqligini o‘lchashda foydalandi. O‘sha davrdagi klassik nazariyalarga ko‘ra, harorat pasayishi bilan qarshilik asta-sekin kamayishi kerak edi. Biroq nihoyatda past haroratlarda elektronlar deyarli to‘xtab qolishi va metall tok o‘tkazmay qo‘yishi mumkin, degan fikr ham mavjud edi. Kamerling-Onnes yordamchilari Kornelis Dorsman va Gilles Xolst bilan o‘tkazgan tajribalar dastlab qarshilikning asta-sekin kamayishini tasdiqladi. Ammo 8-aprel 1911-yilda u 3 kelvin (taxminan −270 °C) haroratda elektr qarshiligi simobda deyarli nolga teng ekanini kutilmaganda aniqladi. 11-may kuni o‘tkazilgan navbatdagi tajriba qarshilikning keskin ravishda nolgacha pasayishi taxminan 4,2 K haroratda ro‘y berishini ko‘rsatdi (keyinchalik aniqroq o‘lchovlarda bu harorat 4,15 K ekani ma’lum bo‘ldi). Bu hodisa mutlaqo kutilmagan edi va uni o‘sha davrdagi nazariyalar bilan tushuntirib bo‘lmasdi.

Yana 1912-yilda past haroratlarda o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tadigan ikkita metall aniqlandi: qo‘rg‘oshin va qalay. 1914-yilning yanvarida kuchli magnit maydoni o‘ta o‘tkazuvchanlikni yo‘qotishi ko‘rsatildi. 1919-yilda shuningdek, talliy va uran ham o‘ta o‘tkazgichlar ekani aniqlandi.

Nol qarshilik o‘ta o‘tkazgichlarning yagona o‘ziga xos belgisi emas. Ularni ideal o‘tkazgichlardan ajratib turuvchi eng asosiy xususiyatlardan biri Meysner effekti bo‘lib, u Valter Meysner va Robert Oksenfeld tomonidan 1933-yilda kashf etilgan.

O‘ta o‘tkazuvchanlikning birinchi nazariy izohini quyidagi yilda — 1935-yilda aka-uka Frits va Xaynts London^[ingl.] ishlab chiqqan. Kengroq nazariya 1950-yilda V. L. Ginzburg va L. D. Landau tomonidan yaratildi. U keng tarqalib, Ginzburg—Landau nazariyasi nomi bilan tanildi. Ammo bu nazariyalar fenomenologik xususiyatga ega bo‘lib, o‘ta o‘tkazuvchanlikning batafsil mexanizmlarini ochib bermagan. O‘ta o‘tkazuvchanlikka ilk bor mikroskopik darajada 1957-yilda amerikalik fiziklar Jon Bardin, Leon Kuper va Jon Shriffer ilmiy ishlarida tushuntirish berildi. Ular yaratgan BKSh nazariyasining (Bardin—Kuper—Shriffer) markaziy tushunchasi Kuper elektron juftliklaridir.

Keyinchalik o‘ta o‘tkazgichlar ikkita katta guruhga bo‘linishi aniqlandi: I turdagi o‘ta o‘tkazgichlar (jumladan, simob) va II turdagi o‘ta o‘tkazgichlar (odatda turli metallarning qotishmalari). II turdagi o‘ta o‘tkazuvchanlikni kashf etishda L. V. Shubnikovning 1930-yillardagi va A. A. Abrikosovning 1950-yillardagi tadqiqotlari muhim rol o‘ynadi.

1950-yillarda kuchli magnit maydonlariga bardosh beradigan va katta tok zichliklarini o‘tkaza oladigan o‘ta o‘tkazgichlarning kashf etilishi ularni qudratli elektromagnitlarda amalda ishlatish uchun katta ahamiyatga ega bo‘ldi. Masalan, 1960-yilda J. Kyuntsler rahbarligida Nb₃Sn materiali kashf etildi. Undan tayyorlangan sim 4,2 K haroratda va 8,8 Tl kuchli magnit maydonida 100 kA/sm² gacha bo‘lgan tok zichligini o‘tkaza oladi.

Yana 1962-yilda ingliz fizigi Brayan Jozefson keyinchalik uning nomi bilan atalgan effektni kashf etdi: bu hodisa o‘ta o‘tkazuvchi tokning ikkita o‘ta o‘tkazgichni ajratib turuvchi yupqa dielektrik qatlam orqali oqishi bilan bog‘liq. U ikki o‘ta o‘tkazgich orasidagi yupqa to‘siq orqali sodir bo‘ladi,

Yana 1986-yilda Karl Myuller va Georg Bednorts o‘ta o‘tkazgichlarning yangi — yuqori haroratli — deb ataladigan turini kashf etishdi. Keyinroq, 1987-yilda aniqlandiki, lantan, stronsiy, mis va kislorod (La—Sr—Cu—O) birikmalarining qarshiligi 36 K haroratda deyarli nolgacha keskin kamayadi. 1987-yil mart oyining boshida birinchi marta suyuq azotning qaynash haroratidan (77,4 K) yuqori haroratda o‘ta o‘tkazgich olindi: bu xususiyatga ittriy, bariy, mis va kislorod (Y—Ba—Cu—O) birikmasi ega ekani aniqlandi. 2006-yil 1-yanvar holatiga ko‘ra, rekord 2003-yilda kashf etilgan Hg—Ba—Ca—Cu—O(F) keramika birikmasiga tegishli bo‘lib, uning kritik harorati 138 K ga teng. Bundan tashqari, 400 kbar bosim ostida ayni birikma 166 K gacha bo‘lgan haroratlarda ham o‘ta o‘tkazgich bo‘ladi.

2015-yilda o‘ta o‘tkazuvchanlik yuzaga keladigan harorat bo‘yicha yangi rekord o‘rnatildi. H₂S (vodorod sulfidi) uchun 100 GPa bosim ostida 203 K (−70 °C) haroratda o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tish qayd etildi.

2017-yilda ikki atom qatlami qalinligidagi grafenning bir-biriga nisbatan 1,1 daraja burchakka burilgan qatlamlarida o‘ta o‘tkazuvchanlik aniqlandi.

2019-yilda lantan dekagidridi LaH₁₀ da 188 GPa bosim ostida −23 °C (250 K) va undan past haroratlarda o‘ta o‘tkazuvchanlikka erishildi. Bunda gisterezis kuzatildi — harorat 245 K dan oshganda LaH₁₀ ning o‘ta o‘tkazuvchanligi yo‘qoldi. Bundan tashqari, Shubnikov nomidagi kristallografiya institutida ham ittriy gidridining YH₆ birikmasida 166 GPa bosimda 224 K va 165 GPa bosimda 218 K haroratda o‘ta o‘tkazuvchanlik olindi. Bunday gidridlardagi o‘ta o‘tkazuvchanlik kristall tuzilishi bilan bog‘liq: vodorod atomlari og‘irroq atomlarni «o‘rab oladi», og‘ir atomlar esa kristall panjara tuzilishini belgilaydi va bunday tuzilmada Boze—Eynshteyn kondensatining hosil bo‘lishiga to‘sqinlik qilmaydi. Hisob-kitoblarga ko‘ra, uch komponentli gidridlar ham istiqbolli: masalan, Li₂MgH₁₆ 2,5 Mbar bosim ostida 473 K haroratda o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tishi kerak.

2023-yilda 294 K harorat va 1 GPa bosimda azot bilan legirlangan lyutetsiy gidroksidi asosidagi materialda o‘ta o‘tkazuvchanlik aniqlangani e’lon qilindi. Ammo ilmiy jamoatchilik bu xabarga shubha bilan qaradi, chunki kashfiyotni avval ham shunday da’volar bildirgan va ishlari 2022-yilda Nature jurnalidan qaytarib olingan ayni jamoa amalga oshirgan edi. E’lon qilingan natijalarni qayta olishga dastlabki urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi.

Tasniflash

O‘ta o‘tkazgichlarni tasniflashning bir nechta mezoni bor. Ularning asosiylari quyidagilar:

Magnit maydoniga munosabatiga ko‘ra: ular I turga (ya’ni magnit maydonning yagona kritik qiymatiga, H_c, ega bo‘lib, undan yuqorida o‘ta o‘tkazuvchanlik yo‘qoladi) yoki II turga(ya’ni magnit maydonning ikkita kritik qiymatiga, H_c1 va H_c2, ega) bo‘linadi. Magnit maydoni shu ikki kritik qiymat orasida bo‘lganda, maydon o‘ta o‘tkazgich ichiga qisman kirsa-da, o‘ta o‘tkazuvchanlik saqlanadi.
Nazariyasiga ko‘ra, ya’ni ularni tushuntiradigan nazariyaga (BKSh yoki boshqa nazariyaga) ko‘ra.
Ularning kritik haroratiga ko‘ra:: past haroratli(agar T_c < 77 K , ya’ni azotning qaynash haroratidan past bo‘lsa) va yuqori haroratli.
Tarkibidagi materialgako‘ra: sof kimyoviy element (masalan, qo‘rg‘oshin yoki simob; biroq barcha elementlar sof holatda o‘ta o‘tkazgich bo‘la olmaydi), qotishmalar (masalan, NbTi), keramika (masalan, YBCO, MgB₂), temir asosidagi o‘ta o‘tkazgichlar, organik o‘ta o‘tkazgichlar, grafen va hokazolar.
Tarkibida $π$ -elektron tizimi mavjud bo‘lgan organik modda molekulalari mitti o‘ta o‘tkazgichlar hisoblanadi. Ularda $π$ -elektronlar o‘zaro bog‘langan elektron juftliklarni hosil qiladi.

O‘ta o‘tkazgichlarning xossalari

Elektr qarshiligining nolga tengligi

O‘zgarmas elektr toki uchun o‘ta o‘tkazgichning elektr qarshiligi nolga teng. Bu tajribada ham ko‘rsatilgan: berk o‘ta o‘tkazgichda elektr toki induksiyalangan va u 2,5 yil davomida so‘nmasdan oqib turgan (tajriba kriogen suyuqliklar yetkazib beruvchi ishchilarning ish tashlashi sababli to‘xtatilgan).

Yuqori chastotali maydondagi o‘ta o‘tkazgichlar

Aniq aytganda, o‘ta o‘tkazgichlar qarshiligining nolga tengligi faqat o‘zgarmas elektr toki uchun to‘g‘ri. O‘zgaruvchan elektr maydonida o‘ta o‘tkazgich qarshiligi noldan farq qiladi va maydon chastotasi ortishi bilan oshadi. Bu hodisa o‘ta o‘tkazgichning ikki suyuqlikli modeli asosida shunday tushuntiriladi: o‘ta o‘tkazuvchi elektronlar ulushi bilan birga oddiy elektronlar ham mavjud, ammo ularning soni kam. O‘ta o‘tkazgich o‘zgarmas maydonga joylashtirilganda uning ichida bu maydon nolga tenglashadi, aks holda o‘ta o‘tkazuvchi elektronlar cheksiz tezlanishi kerak bo‘lar edi, bu esa mumkin emas. O‘zgaruvchan maydonda esa o‘ta o‘tkazgich ichidagi maydon noldan farq qiladi va oddiy elektronlarni ham tezlashtiradi. Cheklangan elektr qarshiligi hamda Joul issiqlik yo‘qotishlari aynan ular bilan bog‘liq. Bu hodisa yorug‘lik kvantining energiyasi $h ν$ o‘ta o‘tkazuvchi elektronni oddiy elektronlar guruhiga o‘tkazishga yetadigan chastotalarda ayniqsa yaqqol namoyon bo‘ladi. Bu chastota odatda infraqizil diapazonda (taxminan 10¹¹ Gs) bo‘lgani uchun o‘ta o‘tkazgichlar tashqi ko‘rinishidan oddiy metallarga o‘xshaydi.

O‘ta o‘tkazuvchan holatga fazaviy o‘tish

Sof namunalar uchun o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tishning harorat oralig‘i kelvinning mingdan bir ulushidan oshmaydi. Shuning uchun o‘tishning muayyan T_c — o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tish harorati sifatida ma’lum qiymatga ega bo‘ladi. Bu kattalik kritik o‘tish harorati deb ataladi. O‘tish oralig‘ining kengligi metallning bir jinsli emasligiga, avvalo, undagi aralashmalar va ichki kuchlanishlarga bog‘liq. Hozirgi kunda ma’lum bo‘lgan T_c qiymatlari 0,0005 K ga teng bo‘lgan magniydan (Mg) 23,2 K ga teng bo‘lgan intermetall birikma — niobiy va germaniy (niobiy trigermanidi Nb₃Ge, plyonka shaklida) hamda 39 K ga teng magniy diboridida (Mg B₂) bo‘lgan past haroratli o‘ta o‘tkazgichlarda (T_c 77 K dan past, ya’ni suyuq azotning qaynash haroratidan past) uchraydi. Simob tarkibli yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlarda esa bu qiymat taxminan 135 K ga yetadi.

Hozirgi vaqtda^[qachon?] HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+d (Hg−1223) fazasining ma’lum bo‘lgan eng yuqori kritik harorati 135 K ga teng. Tashqi bosim 350 ming atmosfera bo‘lganda esa o‘tish harorati 164 K gacha ko‘tariladi. Bu Yer yuzida tabiiy sharoitlarda qayd etilgan eng past haroratdan atigi 19 K past. Shunday qilib, o‘ta o‘tkazgichlarning rivojlanish yo‘li metall simobdan (4,15 K) simob tarkibli yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlargacha (164 K) davom etdi. 2000-yilda yuqorida tilga olingan simobli keramikaga oz miqdorda ftor qo‘shish orqali odatiy bosimda kritik haroratni 138 K gacha oshirish mumkinligi ko‘rsatildi.

Moddaning o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tishi uning issiqlik xossalari o‘zgarishi bilan birga kechadi. Biroq bu o‘zgarish o‘ta o‘tkazgich turiga bog‘liq. Masalan, I turdagi o‘ta o‘tkazgichlarda magnit maydoni bo‘lmaganda o‘tishning T_c haroratida o‘tish issiqligi (yutilgan yoki ajralgan issiqlik) nolga tenglashadi va shuning uchun issiqlik sig‘imikeskin o‘zgaradi. Bu II turdagi fazaviy o‘tishgaxosdir. O‘ta o‘tkazgich elektron quyi tizimi issiqlik sig‘imining haroratga bunday bog‘liqligi uning asosiy holati va elementar qo‘zg‘alishlar darajasi orasidagi elektronlar taqsimotida energetik tirqish mavjudligini bildiradi. Agar o‘ta o‘tkazuvchan holatdan oddiy holatga o‘tish qo‘llanilgan magnit maydonini o‘zgartirish orqali amalga oshirilsa, issiqlik yutilishi kerak (masalan, namuna issiqlikdan izolyatsiyalangan bo‘lsa, uning harorati pasayadi). Bu esa I turdagi fazaviy o‘tishga mos keladi. II turdagi o‘ta o‘tkazgichlarda esa har qanday sharoitda o‘ta o‘tkazuvchan holatdan odatiy holatga o‘tish II turdagi fazaviy o‘tish bo‘ladi.

Meysner effekti

O‘ta o‘tkazgichning elektr qarshiligi nolga teng bo‘lishidan ham muhimroq xossasi Meysner effekti bo‘lib, u o‘ta o‘tkazgich ichidan o‘zgarmas magnit maydonining siqib chiqarilishidir. Ushbu tajribaviy kuzatuvdan o‘ta o‘tkazgich sirti yaqinida so‘nmaydigan toklar mavjudligi xulosasi kelib chiqadi. Bu toklar tashqi magnit maydoniga qarama-qarshi yo‘nalgan ichki magnit maydonini hosil qilib, uni kompensatsiyalaydi.

Yetarlicha kuchli magnit maydoni muayyan haroratda moddaning o‘ta o‘tkazuvchan holatini buzadi. Shu haroratda moddaning o‘ta o‘tkazuvchan holatdan oddiy holatga o‘tishiga sabab bo‘ladigan kuchlanganligi H_c bo‘lgan magnit maydoni kritik maydon deb ataladi. O‘ta o‘tkazgichning harorati pasayganda H_c kattaligi ortadi. Kritik maydonning haroratga bog‘liqligi quyidagi ifoda bilan yaxshi aniqlikda tavsiflanadi:

$H_{c} (T) = H_{c 0} (1 - \frac{T^{2}}{T_{c}^{2}})$ ,

bu yerda $H_{c 0}$ — nol haroratdagi kritik maydon. O‘ta o‘tkazuvchanlik o‘ta o‘tkazgichdan elektr toki o‘tkazilganda ham yo‘qoladi, agar uning zichligi kritik qiymat — $j_{c}$ dan katta bo‘lsa, chunki bunday tok kritikdan kuchliroq magnit maydonini hosil qiladi.

Magnit maydoni ta’sirida o‘ta o‘tkazuvchan holatning buzilishi I va II turdagi o‘ta o‘tkazgichlarda turlicha sodir bo‘ladi. II tur uchun 2 ta kritik maydon qiymati mavjud: H_c1 — bunda magnit maydoni Abrikosov girdoblari ko‘rinishida o‘ta o‘tkazgichga kiradi, va H_c2 — bunda o‘ta o‘tkazuvchanlik butunlay yo‘qoladi.

Littl—Parks effekti

Yana 1963-yilda Littl va Parks kichik radiusli yupqa devorli silindrning o‘ta o‘tkazuvchan holatga o‘tish harorati davriy ravishda (davri magnit oqimi kvantiga teng bo‘lgan holda) magnit oqimi kattaligiga bog‘liqligini aniqladilar. Bu effekt o‘ta o‘tkazuvchanlikning makroskopik kvant tabiatining namoyonlaridan biridir.

Izotop effekti

Izotop effekti o‘ta o‘tkazgichlarda T_c harorati bir xil o‘ta o‘tkazuvchi element izotoplarining atom massalarining kvadrat ildiziga teskari proporsional bo‘lishidan iborat. Natijada shu elementning turli sof izotoplaridan tayyorlangan namunalar kritik harorati tabiiy aralashmadan va bir-biridan biroz farq qiladi.

London momenti

Aylanayotgan o‘ta o‘tkazgich aylanish o‘qiga mos yo‘nalgan magnit maydonini hosil qiladi. Hosil bo‘ladigan magnit moment «London momenti» deb ataladi. U, xususan, «Gravity Probe B» ilmiy sun’iy yo‘ldoshida to‘rtta o‘ta o‘tkazuvchi giroskopning magnit maydonlarini o‘lchash va ularning aylanish o‘qlarini aniqlashda qo‘llanilgan. Giroskop rotorlarining shakli deyarli mukammal silliq sharlar bo‘lgani sababli London momentidan foydalanish ularning aylanish o‘qini aniqlashning sanoqli usullaridan biri edi.

Biofizikada o‘ta o‘tkazuvchanlik

Organik kimyoda tarkibida tutashgan bog‘lar bo‘lgan ko‘p atomli molekulalar uchraydi. Ushbu bog‘larni ta’minlovchi elektronlar metallardagi elektronlar kabi butun molekula ichida harakatlana oladi. Bunday molekulalar kichik o‘ta o‘tkazgichlar hisoblanadi. Ularning o‘ta o‘tkazuvchanlik xossalari yorug‘lik bilan o‘zaro ta’sirida, Meysner effektida va hokazolarda namoyon bo‘ladi.

Neytron yulduzlardagi o‘ta o‘tkazuvchanlik

Neytron yulduz yadrosi kritik harorati 10¹⁰—10¹¹ K bo‘lgan o‘ta o‘tkazuvchan holatda bo‘lishi mumkin. Bunda bog‘langan neytron juftliklarining bog‘lanish energiyasi 1—20 MeV.

O‘ta o‘tkazuvchanlik effektining nazariy izohi

Hozirgi kunda o‘ta o‘tkazuvchanlikni to‘liq qoniqarli tushuntirib beradigan mikroskopik nazariya mavjud emas.

O‘ta o‘tkazuvchanlikni o‘rganishning ancha dastlabki bosqichidayoq, hech bo‘lmaganda Ginzburg—Landau nazariyasi yaratilganidan keyin, o‘ta o‘tkazuvchanlik makroskopik miqdordagi o‘tkazuvchanlik elektronlarining yagona kvant-mexanik holatga birlashishi natijasi ekani ravshan bo‘ldi. Bunday ansamblda bog‘langan elektronlarning o‘ziga xos xususiyati shundaki, ular panjara bilan o‘zlarining ansambldagi bog‘lanish energiyasidan kichik bo‘lgan oz miqdordagi energiya ulushlarini almasha olmaydi. Bu kristall panjara bo‘ylab harakatlanayotgan elektronlarning energiyasi o‘zgarmasligi, modda esa nol qarshilikka ega o‘ta o‘tkazgichdek tutishini anglatadi. Kvant-mexanik tahlil shuni ko‘rsatadiki, bu holda elektron to‘lqinlari panjaraning issiqlik tebranishlari yoki aralashmalarida sochilmaydi. Bu esa elektr qarshiligi yo‘qligini bildiradi. Bunday zarralar birlashuvi fermionlar ansamblida mumkin emas. U bir xil bozonlar ansambliga xos. O‘ta o‘tkazgichlardagi elektronlar bozon juftliklariga birlashishi ichi kovak o‘ta o‘tkazuvchi silindrlarda «muzlab qoladigan» magnit oqimi kvantini o‘lchash tajribalaridan kelib chiqadi. Shu sababli XX asr o‘rtalarida o‘ta o‘tkazuvchanlik nazariyasini yaratishning asosiy vazifasi elektronlar juftlashishi mexanizmini ishlab chiqish edi. O‘ta o‘tkazuvchanlikning paydo bo‘lish sabablarini mikroskopik darajada tushuntirishga da’vo qilgan birinchi nazariya Bardin—Kuper—Shriffer nazariyasibo‘lib, uni ular XX asrning 50-yillarida ishlab chiqqan. BKSh nomi bilan tanilgan bu nazariya umumiy e’tirof etildi va uning mualliflari 1972-yilda Nobel mukofotigasazovor bo‘ldilar. Nazariyani ishlab chiqishda mualliflar izotop effektiga, ya’ni izotop massasining o‘ta o‘tkazgich kritik haroratiga ta’siriga tayanishgan. Uning mavjudligi o‘ta o‘tkazuvchan holat fonon mexanizmi hisobiga shakllanishini bevosita ko‘rsatadi deb hisoblangan.

BKSh nazariyasi ayrim savollarni javobsiz qoldirdi. U asosida asosiy muammoni — nima uchun aniq bir o‘ta o‘tkazgichning kritik harorati ma’lum qiymatga egaligini — tushuntirishning imkoni bo‘lmadi. Bundan tashqari, izotoplarni almashtirishga oid keyingi tajribalar metallardagi ionlarning nol tebranishlari angarmonikligi sababli ion massasi panjaradagi ionlararo masofalarga va shu tariqa metallning Fermi energiyasi qiymatiga bevosita ta’sir qilishini ko‘rsatdi. Shuning uchun izotop effektining mavjudligi fonon mexanizmi elektronlarning juftlashishi va o‘ta o‘tkazuvchanlik yuzaga kelishiga sabab bo‘ladigan yagona mumkin mexanizm ekaniga dalil emasligi ma’lum bo‘ldi. Keyingi yillarda BKSh nazariyasidan qoniqmaslik spin fluktuatsiyalari modeli va bipolyaron modeli kabi boshqa modellarni yaratishga urinishlarni yuzaga keltirdi. Ammo ularda elektronlarning juftliklarga birlashishining turli mexanizmlari o‘rganilgan bo‘lsa-da, bu ishlanmalar ham o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasini tushunishda sezilarli yutuqqa olib kelmadi.

BKSh nazariyasi uchun asosiy muammo yuqori haroratli o‘ta o‘tkazuvchanlikning mavjudligi bo‘lib, uni bu nazariya bilan izohlab bo‘lmaydi.

O‘ta o‘tkazuvchanlikning qo‘llanilishi

Levitatsiya YBCO o‘ta o‘tkazuvchanlik sharoitida

Yuqori haroratli o‘ta o‘tkazuvchanlikni olishda sezilarli yutuqlarga erishildi. Masalan, tarkibi YBa₂Cu₃O_x bo‘lgan metall-keramika asosida o‘tish harorati T_c 77 K dan (suyuq azot qaynash haroratidan) yuqori bo‘lgan moddalar olindi. Afsuski, deyarli barcha yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlardan texnologiyada foydalanish qiyin (ular mo‘rt, xossalari barqaror emas va hokazo). Shu bois texnikada hozircha asosan niobiy qotishmalariga asoslangan o‘ta o‘tkazgichlar qo‘llaniladi.

O‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasidan kuchli magnit maydonlarini olishda (masalan, siklotronlarda) foydalaniladi. Sababi, kuchli magnit maydonini hosil qiluvchi katta toklar o‘ta o‘tkazgichdan o‘tganda issiqlik yo‘qotishlari yuz bermaydi. Ammo magnit maydoni o‘ta o‘tkazuvchan holatni buzishi sababli kuchli magnit maydonlari uchun II turdagi o‘ta o‘tkazgichlar ishlatiladi. Ularda o‘ta o‘tkazuvchanlik va magnit maydoni bir vaqtda mavjud bo‘lishi mumkin. Bunday o‘ta o‘tkazgichlarda magnit maydoni namuna orqali o‘tuvchi oddiy metallning ingichka ipga o‘xshash sohalarini hosil qiladi; ularning har biri bitta magnit oqimi kvantini tashiydi (Abrikosov girdoblari). Iplar orasidagi modda esa o‘ta o‘tkazuvchan bo‘lib qoladi. II turdagi o‘ta o‘tkazgichlarda Meysner effekti to‘liq namoyon bo‘lmagani sababli o‘ta o‘tkazuvchanlik ancha yuqori H_c2 magnit maydonigacha saqlanadi. Texnikada o‘ta o‘tkazuvchi magnitlarni tayyorlash uchun asosan quyidagi o‘ta o‘tkazgichlar ishlatiladi:

Birikma	T_c, K	j_c, A/sm² (Tl), 4,2 K da	B_c, Tl (T, K)
NbTi	9,5—10,5	(3—8)⋅10⁴ (5)	12,5—16,5 (1,2) 12 (4,2)
Nb₃Sn	18,1—18,5	(1—8)⋅10⁵ (0)	24,5—28 (0)
NbN	14,5—17,8	(2—5)⋅10⁷ (18)	25 (1,2) 8—13 (4,2)

O‘ta o‘tkazgichlarga asoslangan foton detektorlari mavjud. Ularning ayrimlarida kritik tok mavjudligidan foydalaniladi, shuningdek, Jozefson effekti, Andreyev qaytishi va boshqalar qo‘llaniladi. Masalan, infraqizil diapazondagi alohida fotonlarni qayd etishga mo‘ljallangan bir fotonli o‘ta o‘tkazuvchi detektorlar (SSPD) mavjud. Ular xuddi shu diapazonda ishlaydigan, ammo boshqa qayd etish usullaridan foydalanadigan detektorlarga (fotoko‘paytirgichlar va boshqalar) nisbatan bir qator afzalliklarga ega.

Infraqizil diapazondagi eng keng tarqalgan detektorlarning qiyosiy xususiyatlari: dastlabki to‘rttasi o‘ta o‘tkazuvchanlikka asoslanmagan, keyingi uchtasi esa o‘ta o‘tkazuvchi detektorlardir.

Detektor turi	Maksimal hisoblash tezligi, s⁻¹	Kvant samaradorligi, %	$R_{d k}$ , s⁻¹	EKSh, Vt·Gs^1/2
InGaAs PFD5W1KSF APS (Fujitsu)	1⋅10⁶	≈20	≈6⋅10³	≈1⋅10^-17
R5509-43 PMT (Hamamatsu)	9⋅10⁶	1	1,6⋅10⁴	≈1⋅10^-16
Si APD SPCM-AQR-16 (EG\&G)	5⋅10⁶	0,01	≈1⋅10^-16	-
Mepsicron-II (Quantar)	1⋅10⁶	0,001	0,1	-
STJ	5⋅10³	60	-	-
TES	5⋅10³	90	1 dan kam⋅10^-3	1 dan kam⋅10^-19
SSPD	7⋅10⁷	30	1 dan kam⋅10^-3	6⋅10^-18

II turdagi o‘ta o‘tkazgichlardagi girdoblardan xotira katakchalari sifatida foydalanish mumkin. Ba’zi magnit solitonlar allaqachon shunday maqsadda qo‘llanilgan. Suyuqliklardagi girdoblarga o‘xshash yanada murakkab ikki va uch o‘lchamli magnit solitonlar ham mavjud. Ularda oqim chiziqlari vazifasini elementar magnitchalar (domenlar) joylashadigan chiziqlar bajaradi.

O‘zgarmas tok o‘ta o‘tkazgichdan o‘tganda qizishga energiya sarflanmasligi elektr energiyasini uzatishda o‘ta o‘tkazuvchi kabellardan foydalanishni jozibador qiladi. Chunki bitta ingichka yerosti kabeli odatiy usulda uzatish uchun ancha yo‘g‘on bir nechta kabeldan iborat elektr uzatish liniyasi kerak bo‘ladigan quvvatni uzata oladi. Keng qo‘llanishga to‘sqinlik qiluvchi muammolar — kabellar va ularga xizmat ko‘rsatish narxidir: o‘ta o‘tkazuvchi liniyalardan suyuq azotni doimiy ravishda haydab turish lozim. Birinchi tijoriy o‘ta o‘tkazuvchi elektr uzatish liniyasi American Superconductor kompaniyasi tomonidan Long-Aylendda , Nyu-Yorkda 2008-yil iyun oyi oxirida ishga tushirilgan. Janubiy Koreya energetika tizimlari 2015-yilgacha umumiy uzunligi 3000 km bo‘lgan o‘ta o‘tkazuvchi elektr uzatish liniyalarini qurishni rejalashtirgan edi.

Kichik halqasimon o‘ta o‘tkazuvchi qurilmalar — SQUIDlar (skvidlar) ham muhim qo‘llanilishga ega. Ularning ishlashi magnit oqimi o‘zgarishi bilan kuchlanish orasidagi bog‘liqlikka asoslangan. Ular Yerning magnit maydonini o‘lchaydigan o‘ta sezgir magnitometrlar tarkibiga kiradi, shuningdek, tibbiyotda turli a’zolarning magnitogrammalarini olishda qo‘llaniladi.

O‘ta o‘tkazgichlar shuningdek maglev poyezdlarida ham qo‘llaniladi.

O‘ta o‘tkazuvchanlikka o‘tish haroratining magnit maydonining kattaligiga bog‘liqligidan kriotronlarda — boshqariladigan qarshiliklarda — foydalaniladi.

Sobiq SSSRda 1980-yillarning boshida o‘ta o‘tkazgichlar asosida turbogeneratorlar KGT-20 va KGT-1000 yaratildi. Keyinchalik Leningrad elektromashinasozlik institutida dunyodagi birinchi 20 MVt quvvatli kriogen turbogenerator ishlab chiqildi (sinovlar tugagach, u Leningrad energetika tizimiga ulandi).

Istiqbolli yo‘nalishlardan biri o‘ta o‘tkazuvchi elektr mashinalari^[ingl.] (elektr dvigatellari va generatorlar) yaratishdir.

Adabiyotlar

Bogolyubov N. N., Tolmachev V. V., Shirkov D. V. O‘ta o‘tkazuvchanlik nazariyasida yangi usul (rus.). — M.: SSSR FA nashriyoti, 1958.
Bogolyubov N. N. Ilmiy asarlar to‘plami. 8-jild: Boze va Fermi tizimlarining o‘ta oquvchanlik nazariyasi, 1946—1992. // Tahrirchilar: N. M. Plakida, A. D. Suxanov. — M.: Nauka, 2007. ISBN 978-5-02-035723-5.
V. L. Ginzburg, E. A. Andryushin. O‘ta o‘tkazuvchanlik (rus.). — M.: Alfa-M, 2006.
Mendelson K. Past haroratlar fizikasi (rus.). — M.: IL, 1963. — 230 b.
Kresin V. Z. O‘ta o‘tkazuvchanlik va o‘ta oquvchanlik (rus.). — M.: Nauka, 1978. — 187 b.
Bondarev B. V. O‘ta o‘tkazuvchanlik kvant nazariyasida zichlik matritsalari usuli (rus.). — M.: Sputnik, 2014. — 88 b.
Tilli D. R., Tilli J. O‘ta oquvchanlik va o‘ta o‘tkazuvchanlik (rus.). — M.: Mir, 1977. — 304 b.
Antonov Yu. F., Danilevich Ya. B. Krioturbogenerator KTG-20 : yaratilish tajribasi va o‘ta o‘tkazuvchi elektr mashinasozligining muammolari (rus.). — M.: Fizmatlit, 2013. — 600 b. — ISBN ISBN 978-5-9221-1521-6.
Glebov I. A. O‘ta o‘tkazuvchanlikdan foydalanuvchi turbogeneratorlar. — L.: Nauka : Leningrad bo‘limi, 1981. — 231 b.
Jilich A. G. O‘ta o‘tkazuvchanlik // Yangi kashfiyotlar bo‘sag‘asidagi fizika (rus.). — L.: LDU nashriyoti, 1990.
Rey C.M., Malozemoff A.P. O‘ta o‘tkazuvchanlik asoslari // Elektr tarmog‘idagi o‘ta o‘tkazgichlar. — 2015. — B. 29-73. — ISBN 9781782420293. — doi:10.1016/B978-1-78242-029-3.00002-9.
Poole C. P., Farach H. A., Creswick R. J., Prozorov R. O‘ta o‘tkazuvchanlik (ingl.). — Amsterdam: Elsevier Science, 2014. — ISBN 978-0-12-409509-0.
Bishop D.J. O‘ta o‘tkazuvchanlik: qo‘llanilishi // Kondensatsiyalangan holat fizikasi ensiklopediyasi. — 2005. — B. 66-72. — ISBN 9780123694010. — doi:10.1016/b0-12-369401-9/00708-7.

Havolalar

Ginzburg V. L. Koinotdagi o‘ta oquvchanlik va o‘ta o‘tkazuvchanlik // UFN. — 1969. — 97-jild.
Levin A. Hech qanday qarshiliksiz // Populyarnaya mexanika. — 2011. — № 8.
O‘ta o‘tkazuvchan va o‘ta oquvchan holatlarning shakllanishida nol tebranishlarning roli haqida
O‘ta o‘tkazuvchanlik: yuz yillik yubiley arafasida — A. Varlamov tomonidan FIANda 2008-yilda o‘qilgan ilmiy-ommabop ma’ruza.
O‘ta o‘tkazuvchi generatorlar: 2020-yildan sanoat miqyosida ishlab chiqarish