Aleksej Abrikosov

Aleksej Aleksejevič Abrikosov
Rođenje	25. lipnja 1928. Moskva, Rusija
Državljanstvo	Rus
Polje	Fizika
Institucija	Sveučilište Landau, Moskovski državni univerzitet Lomonosov, Institut za fizikalne probleme Sovjetske akademije znanosti, Državni labaratorij Argonne
Alma mater	Moskovski državni univerzitet Lomonosov Ruska akademija znanosti
Akademski mentor	Lev Davidovič Landau
Poznat po	Fizika čvrstog stanja, Supravodljivost
Istaknute nagrade	Nobelova nagrada za fiziku 2003.

Aleksej Aleksejevič Abrikosov (Moskva, 25. lipnja 1928.), ruski teorijski fizičar. Diplomirao (1948.) na Moskovskom državnom sveučilištu Lomonosov, doktorirao (1951.) na Institutu za fizikalne probleme Sovjetske akademije znanosti, gdje je i radio od 1948. do 1991. Član Sovjetske, danas Ruske akademije znanosti (od 1987). Od 1991. radi u Argonne National Laboratory u SAD-u (Državni labaratorij Argonne, SAD). Bavi se istraživanjem supravodljivosti (nestankom električne otpornosti u tvarima kada su ohlađene ispod određene, obično vrlo niske, temperature), istraživanjem magnetskih svojstava supravodiča II. vrste (supravodljivost) i svojstava tvari koje mijenjaju električnu otpornost pod utjecajem magnetskog polja. Dao je teorijsko objašnjenje za svojstva supravodiča II. vrste, što je omogućilo otkriće novih supravodljivih materijala i izgradnju snažnijih elektromagneta, koji se danas primjenjuju u uređajima za magnetsku rezonanciju. Za prinos razvoju teorije supravodiča i suprafluida s V. L. Ginzburgom i A. J. Leggettom 2003. dobio Nobelovu nagradu za fiziku. ^[1]

Supravodljivost

Glavni članak: Supravodljivost

Supravodljivost je stanje pojedinih tvari koje se na niskim temperaturama očituje u nestanku njihova električnoga otpora, prolasku električne struje kroz tanku izolatorsku barijeru unutar njih bez električnoga otpora (Josephsonov učinak - Brian Josephson) i lebdenju magneta iznad njihove površine (Meissnerov učinak - Walther Meissner). ^[2] Supravodljivost je kvantnomehanička pojava i ne može se objasniti klasičnom fizikom. Tipično nastaje u nekim materijalima na jako niskim temperaturama (nižim od -200 °C).

BCS-teorija

Glavni članak: BCS-teorija

BCS-teorija ili Bardeen-Cooper-Schriefferova teorija je prva mikroskopska teorija supravodljivosti (1957.). Polazi od pretpostavke da na vrlo niskim temperaturama u kristalnoj rešetki supravodiča privlačno međudjelovanje elektron–rešetka–elektron nadjačava odbojnu električnu silu među elektronima, tj. da elektroni pri prolasku kroz rešetku privlače njezine ione, što rezultira povećanjem gustoće pozitivnog naboja u tom području i, dok se rešetka ne vrati u ravnotežno stanje, privlači druge elektrone. U takvim uvjetima elektroni kojima su spinovi i količine gibanje suprotni gibaju se u parovima (Cooperovi parovi), a svaki par elektrona na međusobnoj udaljenosti od približno 100 nm giba se kroz kristalnu rešetku bez gubitka energije i može tunelirati kroz izolatorsku barijeru. Porastom temperature atomi rešetke sve jače titraju, iznad kritične temperature razdvajaju elektronske parove, elektroni se više ne mogu gibati bez gubitaka i pojavljuje se električni otpor. Za razvoj BCS-teorije John Bardeen, Leon Neil Cooper i John Robert Schrieffer dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 1972. ^[3]

Suprafluidnost

Glavni članak: Supratekućina

Suprafluidnost je stanje ukapljenoga helija koje se očituje gibanjem tekućine bez trenja na ekstremno niskoj temperaturi uz očuvana adhezijska svojstva. Otkrio ju je 1937. Pjotr Leonidovič Kapica, a neovisno o njem otkrili su ju iste godine Donald Misener i John Frank Allen proučavajući pojave do kojih dolazi kada se helij ohladi na temperaturu nižu od 2.17 K. Ako se na primjer u suprafluidni helij djelomično uroni prazna posuda, po njezinim će se stijenkama u tankom sloju (do 30 nm) helij penjati i spuštati u posudu sve dok se razina helija u posudi ne izjednači s razinom okolnoga helija; ako se kapilarna cjevčica jednim krajem uroni u suprafluidni helij i osvijetli, na njezinu će gornjem kraju istjecati helij poput vodoskoka visoka do 10 centimetara (takozvani učinak vodoskoka). Danska fizičarka Lena Hau uspjela je 1999. u suprafluidu usporiti svjetlost do brzine 17 m/s, a 2001. uspjela ju je zaustaviti.

Helijevi izotopi ⁴He i ³He imaju različita suprafluidna stanja, a zbog različitoga broja neutrona u atomskoj jezgri (različitog spina) pripadaju različitim statistikama (kvantna statistika). Izotop helija ⁴He, sa spinom 0, je bozon, podvrgava se Bose-Einsteinovoj statististici, ukapljuje se na 4.2 K i prelazi u suprafluidno stanje na temperaturi 2.17 K, a izotop ³He, sa spinom 1/2, podvrgava se Fermi-Diracovoj statististici, ukapljuje se na 3.19 K, postaje suprafluidan na temperaturi 2.6 mK i ima dva različita suprafluidna stanja.

Teorijski doprinos tumačenju suprafluidnosti helijeva izotopa ⁴He prvi su dali Laszlo Tisza i Lev Davidovič Landau 1941. u dvokomponentnom modelu s kvazičesticama fononima i rotonima, a kvantnomehanički ju je nadogradio Richard Feynman. Objašnjenje suprafluidnosti izotopa ³He uklopilo se u poopćenu BCS-teoriju (supravodljivost). Postizanje suprafluidnosti još je vrlo skupo zbog potrebnih izuzetno niskih temperatura i iznimne čistoće helija, pa se primjenjuje uglavnom u znanstvenim istraživanjima, na primjer pri proučavanju pojedinačnih molekula plina u suprafluidu, gdje se one zbog nedostatka trenja gibaju potpuno slobodno; za održavanje osjetljivih mjernih instrumenata ili dijelova instrumenata na niskoj temperaturi (u astronomskom satelitu za opažanje infracrvenoga zračenja, IRAS, koji je lansiran 1983., s pomoću 720 litara suprafluidnoga helija instrumenti se čuvaju na temperaturi 1.6 K). U širem smislu stanje elektrona u supravodiču također je suprafluidno. ^[4]

Fonon

Fonon, u fizici čvrstog stanja, je kvant energije mehaničkih vibracija u čvrstom tijelu. Uveden je po analogiji s fotonom (kvantom elektromagnetskoga titraja), primjenom zakona kvantne mehanike na mehaničke titraje. Koncepcija fonona kao uvedene kvantnomehaničke veličine prikladna je pri istraživanjima širenja zvuka u čvrstom tijelu, vođenja topline, toplinskoga kapaciteta, raznih električnih učinaka u poluvodičima, te pri disperziji rendgenskoga zračenja i neutrona u kristalima. (magnon). ^[5]

Izvori