Почему сопротивление исчезает именно при охлаждении
В обычном металле электрический ток — это направленное движение электронов. Они сталкиваются с колеблющимися атомами кристаллической решётки и дефектами материала, из-за чего часть электрической энергии превращается в тепло. При охлаждении колебания атомов ослабевают, но сопротивление не обязано исчезать полностью: решающий переход происходит лишь ниже особой для каждого материала температуры.
В ртути этот порог находится около 4,2 К — всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Ниже него электроны начинают вести себя согласованно: в обычных сверхпроводниках они образуют пары, которые движутся через решётку без привычного рассеяния. Это не просто «очень хорошая проводимость»: ток может сохраняться без постоянной подпитки энергией.
От жидкого гелия к новому состоянию вещества
Открыть такой переход удалось потому, что учёные научились получать жидкий гелий — хладагент, позволяющий достигать температур, недоступных при охлаждении обычным льдом или жидким воздухом. В 1911 году Хейке Камерлинг-Оннес исследовал электрические свойства ртути при постепенном охлаждении и увидел резкое падение сопротивления около температуры кипения гелия. Так возникло понятие сверхпроводимости.
Позже выяснилось, что сверхпроводник отличается не только отсутствием сопротивления: он также вытесняет магнитное поле из своего объёма. Это свойство важно для поведения материалов в сильных магнитах. Однако сверхпроводимость обычно сохраняется лишь при подходящих температуре, магнитном поле и силе тока. Поэтому мощные магниты в аппаратах МРТ требуют сложных систем охлаждения: стоит выйти за пределы этих условий — и материал снова начинает сопротивляться току.
