НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ И ГРАФЕНА.
ЦВЕТОВОЙ ЗАРЯД И АСИМПТОТИЧЕСКАЯ СВОБОДА ЭЛЕКТРОНОВ.
1. НОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОНА
2. МЕТОД ЭЛЕКТРОННО-КВАРКОВОЙ АНАЛОГИИ (ЭКА)
3. КОНФАЙНМЕНТ и АСИМПТОТИЧЕСКАЯ СВОБОДА ЭЛЕКТРОНОВ
4. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МЕТОДА
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
6. РЕЛЯТИВИЗМ ЭЛЕКТРОНОВ В ГРАФЕНЕ И СВЕРХПРОВОДНИКАХ
7. МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ЦВЕТОВОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНОВ
8. МЕХАНИЗМ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
9. КРИТЕРИЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
10. ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА И СТРУКТУРА СВЕРХПРОВОДНИКОВ
11. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЕТА СВЕРХПРОВОДНИКОВ
12. ЗАРУБЕЖНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ МЕТОДА
13. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
14. РАЗВИТИЕ МЕТОДА ЭКА. НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
15. ПРИЛОЖЕНИЯ
Для решения проблем сверхпроводимости, низкоэнергетической ядерной реакции и графена выполнено обобщение результатов, полученных в различных областях физики:
- Абдуса Салама (Нобелевский лауреат (1979), который просчитал все последствия введения цветового заряда для электрона и успешно использовал его в своей теории электроядерных взаимодействий (Pati J.C., A. Salam. Lepton number as fourth "color"// Physycal Review D, vol 10, num 1, 1974, p.275-289);
- Йотиро Намбу (Нобелевский лауреат (2008), применившего аналогию сверхпроводимости и цветового взаимодействия кварков, УФН, 1978, т.124.вып.1);
- Константина Новоселова (Нобелевский лауреат (2010), предложившего новое квантовое число для электрона - (псевдоспин) - для описания свойств двухцветных электронов в графене;
- акад.Л.Б. Окуня (высказавшего возможность существования калибровочной симметрии SU(2) частиц с большим радиусом конфайнмента, УФН, 1981,т.134.вып.1);
- проф, д.физ-мат.наук М.Б. Менского (ФИАН)(обосновавшего предположение, что лептоны (электроны) - это кварки, вырвавшиеся на свободу. См в монографии Группа путей: измерения, поля, частицы, M.: Едиториал УРСС, 2003).
-физика-теоретика, проф. А.А. Кецариса (МГТУ),(который в своем варианте единой теории взаимодействий высказал гипотезу о цветовых (черных и белых) зарядах лептонов (электронов). См. монографию АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИКИ: Пространство-время и действие как универсальные алгебры 2-е изд. Издательство. УРСС. , 2004).
2. МЕТОД ЭЛЕКТРОННО-КВАРКОВОЙ АНАЛОГИИ
_ Для решения проблемы сверхпроводимости был разработан метод электронно-кварковой аналогии (ЭКА), в основу которого были положены свойства электрон-глюонной двухцветной хромоплазмы, как частный случай трехцветной кварк-глюонной плазмы, рассматриваемой в квантовой хромодинамике.
_ Глубокая аналогия между электроном и кварками была установлена в следующем:
- наличии электронного конфайнмента, характеризующего связанное состояние частиц в парах Купера, ковалентных парах Люиса, биэлектронах Гросса, электридах Бента, плазмароне (графен), аналогичного конфайнменту между кварками в нуклонах и мезонах;
- наличии у электрона короткодействующего (в пределах комптоновской длины волны), эффективного цветового заряда, по величине такого же, как у кварков;
- наличии у электрона одновременно экранировки электрического заряда и антиэкранировки цветового заряда, таких же как у кварков;
- наличии расчетного выражения для определения константы цветового электронного взаимодействия, на основе диаграмм Фейнмана,совпадающего с расчетным выражением такой же константы для кварков;
- в одинаковом, с кварками, распределении электрических зарядов электронов в пропорции (1/3) и (2/3) между ионами и возникающей, при связанном состоянии электронов, мультичастицей в ковалентной химической связи;
- наличии линейного потенциала цветового взаимодействия между электронами в пределах дебаевского экранирования в хромоплазме (хромоплазменный электронный конденсатор), совпадающим качественно с линейным потенциалом взаимодействия кварков в нуклонах, согласно квантовой хромодинамике (КХД);
- наличие границы асимптотической свободы для цветового взаимодействия электронов, обратно пропорциональной квадрату постоянной тонкой структуры и аналогичной границе для кварков, определяемой константой КХД;
- совпадении термодинамических характеристик глюонов в электрон-глюонной плазме с их термодинамическими характеристиками в кварк-глюонной плазме;
- совпадении, по внешнему виду, Лангранжиана КХД для кварков и Лангранжиана КЭД для электронов.
_Электрон-глюонная двухцветная хромоплазма является двухкомпонентной и аналогична известной электронной плазме, свойства которой изучены.
_ К основным её свойствам относятся продольные и поперечные колебания, вибрации частиц около общего центра, рассеивание, экранирование, разделение зарядов при колебаниях и т.д. Пинч-эффект в плазме может приводить в связанном состоянии к дроблению целого заряда на части и появлению четочной структуры.
_ Микроплазменные образования наблюдаются при лавинных процессах в сильноточных полупроводниках. Макроплазменные - в установках УТС.
3.КОНФАЙНМЕНТ и АСИМПТОТИЧЕСКАЯ СВОБОДА ЭЛЕКТРОНОВ
_Асимптотическая свобода (при цветовом взаимодействии кварков) открыта Д. Гроссом, Д. Политцером и Ф. Вильчеком (Нобелевская премия по физике 2004). С увеличением энергии, то есть при сближении кварков, константа взаимодействия асимптотически уменьшается, стремясь к нулю. Это означает, что на малых расстояниях порядка размеров адрона кварки ведут себя практически как свободные частицы.
_ _Для электронов асимптотическая свобода также имеет место. Например, в графене имеет место логарифмическая зависимость константы взаимодействия, аналогичная такой же зависимости у кварков.
_ (D. C. Elias, R. V. Gorbachev, A. S. Mayorov, S. V. Morozov, A. A. Zhukov, P. Blake, L. A. Ponomarenko, I. V. Grigorieva, K. S. Novoselov, F. Guinea, A. K. Geim/ Dirac cones reshaped by interaction effects in suspended graphene, arXiv: 1104.1396v2).
_ Асимптотическая свобода наступает, когда расстояние между частицами становится меньше комптоновской длины волны (< Rcompt). Для электронов и кварков комптоновская длина волны, определяющая масштаб взаимодействия в пространстве, имеет различное значение. В результате электроны в сильных взаимодействиях с кварками не участвуют. Цветовое взаимодействие проявляется только между частицами одного типа, если они имеют различный цветовой заряд.
_ Экспериментальные результаты, показывающие аналогию асимптотической свободы кварков и электронов показаны на нижеследующем рисунке:
_ В явление экранирования включено взаимодействие Юкавы, которое представляет взаимодействие фермионов со скалярным полем с сохранением спина и заряда частиц. При юкавском взаимодействии, с возрастанием концентрации заряженных частиц в хромоплазме уменьшается радиус Дебая (для нашего случая – радиус взаимодействия Юкавы), в связи с указанным экранированием заряда. В результате взаимодействие между частицами также уменьшается. На больших расстояниях (порядка размера атома Н) цветовой заряд g становится численно равным электрическому заряду 1е. Это соответствует зависимости, предсказанной для цветого заряда Нобелевским лауреатом Й.Намбу.
_Таким образом, при конфайнменте имеется ограниченное сверху, максимально возможное значение константы взаимодействия а(s) при r=Rcompt, из-за компромисса между экранировкой и антиэкранировкой частиц в плазме(в частности, для электрона е - это значение соответствует планковскому заряду g=Qp=11,7e). Цветовой заряд и, следовательно, бегущая константа а(s) изменяется также и с изменением массы взаимодействующих частиц (уменьшается с возрастанием комптоновской длины волны). Это приводит, в свою очередь, к ограничению количества наблюдаемых ароматов элементарных частиц (общее название для ряда квантовых чисел, характеризующих тип кварка или лептона). Кроме того, если частица электрически заряжена, то заряд оболочки приводит к дополнительному взаимному расталкиванию частиц, составляющих оболочку. В результате возрастает дебаевский радиус экранирования и, как следствие, константа взаимодействия. В итоге, оболочка заряженной частицы прочнее, чем оболочка незаряженной частицы. Пример- наблюдаемая устойчивость протона и распад нейтрона.
_На основании вышеизложенного, в данном проекте физически сформулирована, математически формализована и решена задача конфайнмента, позволяющая находить предельный цветовой заряд g и a(s)для различных частиц, отличающихся Rcompt.
_Адекватность разработанного метода проверена на экспериментальных данных потенциалов ионизации и размеров атомов химических элементов, комплексных экспериментальных характеристик молекулярной связи (размеров молекулы, энергии диссоциации, потенциалов ионизации и их электронных спектрах), а также на экспериментальных данных по критической температуре низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников.
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
_ Установлено, что носителем заряда в ВТСП и КТСП является самостоятельная частица - мультиэлектрон. С помощью искусственного интеллекта определены её свойства, разработан механизм и математическая модель явления, которая обобщает результаты как для низкотемпературных, так и для высокотемпературных сверхпроводников. Установлены свойства комнатнотемпературного сверхпроводника и рекомендации по технологии его изготовления. Мультиэлектронная теория сверхпроводимости опубликована в ОНЖ, 2007, №17 и на этом сайте.
_ При решении проблемы был использован комплексный подход, который предусматривал не только создание адекватного механизма сверхпроводимости, но и его экспериментальное подтверждение. Главное, на что было обращено внимание - ясность в понимании механизма сверхпроводимости. В итоге была установлена основная причина этого уникального явления - наличие у электронов цветового заряда. Полученные косвенные доказательства этого, позволили даже в простейшем, "наивном" варианте математической модели получить законченный вариант теории, способной рассчитывать параметры комнатнотемпературного сверхпроводника с удовлетворительной для практики точностью.
_ C помощью искусственного интеллекта (нейронные сети) обобщены результаты более 300 экспериментальных работ по свойствам различных сверхпроводников. С целью повышения точности обработки экспериментальных данных были созданы новые методы и алгоритмы диагностики на основе ассоциативных нейронов с повышенными корреляционными свойствами и способов определения степени компетентности нейронных сетей.
http://cdn.scipeople.com/materials/4749/scherbatsky2.pdf
http://tage.ru/?book=disser&cat=n25&str=150&nomer=3118
_ В результате были определены электронная плотность и вероятный размер частицы, ответственной за сверхпроводимость. В классическом понимании этот размер близок к комптоновской длине волны электрона, что соответствует релятивистскому характеру процессов.
_ Считается, что электроны (лептоны) в сильных (цветовых) взаимодействиях не участвуют. Этот вывод основывается на том, что экспериментально это участие не обнаружено. Была выяснена основная причина, по которым исследователи не могли получить результаты. Этой причиной является асимптотическая свобода электронов. Кварки и нуклоны, имеют комптоновскую длину волны значительно меньше, чем у электронов. На этих расстояниях асимптотическая свобода у электронов проявляется в полной мере и они не участвуют в сильных взаимодействиях.
_Ограниченность сильного взаимодействия у электронов является первой, объективной причиной, вызывающей "маскировку" на фоне других различных взаимодействий частицы, ответственной за сверхпроводимость. Ко второй, субъективной причине, можно отнести ограниченность и стереотипность в представлении физики процесса. В результате обобщения полученных ранее другими исследователями результатов стало понятно, что задача сверхпроводимости только в рамках физики твердого тела (ФТТ) не имеет решения. Сверхпроводимость, как явление, имеет фундаментальный характер и для её изучения, кроме ФТТ, необходимо объединять такие разделы науки, как
- общая теория поля;
- астрофизика и физика плазмы;
- физика элементарных частиц;
- квантовая хромодинамика;
- квантовая химия;
- молекулярная и атомная спектроскопия;
- электроника;
- информационные технологии с искусственным интеллектом.
Мнение российского физика-теоретика Александра Кецариса
http://ketsaris.1gb.ru
по поводу разработки екатеринбургских ученых:
"Объектом моих интересов является единая основа для современной физики. В частности, общая математическая основа для описания фундаментальных частиц, прежде всего лептонов и кварков. Если за указанную основу взять симметрии компонент волновой функции, то на нерелятивистском уровне для частиц со спином имеем два типа волновых функций, одна из которых хорошо изучена и соответствует лептонам. Естественно второй тип волновой функции отождествить с кварками. На релятивистском уровне волновая функция кварков разделяется на три разновидности, которые также естественно отождествить с кварками трёх цветов. Однако, на этом же уровне волновая функция лептонов разделяется на две разновидности и ничего не остаётся, как предположить, что лептоны (в частности, электрон)двухцветны. И, как следствие, считать, что эти электроны подчиняются, подобно кваркам, силам цветового притяжения. И, подобно адронам,должна существовать пара разноцветных электронов, объединённых цветовым взаимодействием. Естественно считать такой парой куперовскую пару.
Мне кажется, что Ваша работа становится совершенно ясной в сочетании с указанной идеей. Мне очень интересны изложенные в Вашей работе Ваши представления о геометрической структуре электронной пары и о структуре канала, по которому эта пара может двигаться свободно.
Помимо большой практической ценности для меня Ваша работа ценна тем,что даёт косвенное подтверждение гипотезы о существовании электронов двух типов. Необходимо отметить, что, по-моему, в отличии от кварков, возможно прямое подтверждение существования белого и чёрного электронов. При этом, конечно, нужно иметь в виду, что на шредингеровском уровне эти электроны неразличимы".
6. РЕЛЯТИВИЗМ ЭЛЕКТРОНОВ В ГРАФЕНЕ И СВЕРХПРОВОДНИКАХ
_Из уравнения для энергии частиц с релятивистскими скоростями (с) П.Дирака (Нобелевский лауреат,1933) следовало, что должны существовать две разновидности электронов, с отрицательным и положительным электрическими зарядами. Электрон с положительным зарядом был открыт К.Андерсоном (1932) и назван позитроном.
_К.Новоселов и А. Гейм(Нобелевские лауреаты 2010) экспериментально установили, что в графене, для электронов, также имеют место релятивистские эффекты и справедливо уравнение П.Дирака, но при скорости Ферми (v), меньшей скорости света (с). Поэтому, согласно результатам П.Дирака, также должны существовать две разновидности электронов, но с зарядами, отличающимися от электрических и соответствующими энергии и скорости Ферми. Величина этих зарядов совпала с величиной цветовых зарядов кварков, поэтому авторами было предложено обозначить их, как белый и черный.
_ В сверхпроводниках также обнаружены релятивистские эффекты электронов (Дираковские конуса). Экспериментальное наблюдение этих эффектов выполнено в работе: "Observation of Dirac Cone Electronic Dispersion in BaFe2As2" P. Richard,1,* K. Nakayama,2 T. Sato,2,3 M. Neupane,4 Y.-M. Xu,4 J. H. Bowen,5 G. F. Chen,5 J. L. Luo,5 N. L. Wang,5 X. Dai,5 Z. Fang,5 H. Ding,5 and T. Takahashi1,2 1WPI Research Center, Advanced Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan 2Department of Physics, Tohoku University, Sendai 980-8578, Japan 3TRiP, Japan Science and Technology Agency (JST), Kawaguchi 332-0012, Japan 4Department of Physics, Boston College, Chestnut Hill, Massachusetts 02467, USA 5Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.
7. МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ЦВЕТОВОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНОВ
_ Следует отличать цветовой заряд от заряда магнитных монополей. По определению, магнитный заряд – источник сферически-симметричного поля с напряженностью, соответствующей Закону Кулона. По мнению. акад. Л.Б. Окуня такие заряды, если бы они существовали, давно были бы обнаружены, так как их можно было зафиксировать по ионизационному следу (быстрые монополи) или скачку тока в сверхпроводящей катушке(медленные монополи). Но эксперимент показал, что таких объектов не существует. Другое дело – цветовой заряд. Сам по себе он не наблюдаем, однако можно зафиксировать разность цветовых зарядов, что экспериментально установлено, как на ускорителях, так и в графене. Колебания цветовых диполей (с цветовым планковским зарядом) и порождает магнитное поле. Таким образом, дополнительное введение магнитных зарядов- монополей не имеет смысла. Формально считается, что цвет у элементарных частиц не наблюдаем. Это вызывает проблему регистрации цветового заряда. Физически возможно измерение только разности цветов. Действительно, одним из методов обнаружения цветового заряда электронов может быть известный метод растровой туннельной микроскопии. Создатели сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) Герд Бинниг и Гейнрих Рорер (Нобелевская премия 1986) (УФН, 1988, т.154.вып.2) отмечали возможность СТМ фиксировать различия в электронных оболочках. Эти различия Нобелевские лауреаты предложили называть цветом атомов. Если игла кантилевера СТМ имеет на конце, например, атом с электронной оболочкой черного цвета, то её взаимодействие на поверхности кристалла с атомами одинаковых химических элементов, но с противоположными по изоспину электронами, будет также различаться. По данным Г. Биннига и Г. Рорера, такое различие будет выражаться в разном вкладе цветового заряда черных и белых электронов в туннельный ток.
_ Уже получены экспериментальные данные, косвенно подтверждающие этот метод. Приведем, в качестве примера, исследования методом СТМ общеизвестного интерфейса Cu-O в ВТСП, в котором были обнаружены цветовые различия в электронных оболочках атомов O (M. J. Lawler, K. Fujita, Jhinhwan Lee, Others. Intra-unit-cell electronic nematicity of the high-Tc copperoxide pseudogap states Department of Physics, Applied Physics and Astronomy, Binghamton University, Binghamton, NY 13902-6000, USA. Laboratory for Atomic and Solid State Physics, Department of Physics, Cornell University, Ithaca, NY 14853, USA.)
_ Аналогичные результаты были получены и на структуре графена, где цветовое различие выразилось в периодической модуляции цветом электронных оболочек атомов С (V.G. Kirichenko, E.S. Melnikova THE FEATURES OF FORMATION AND SIMULATION OF GRAPHITE MONOATOMIC LAYERS Kharkov National University, High Technology Institute, Physical and Technical Department 31 Kurchatov St., Kharkov, 61108, Ukraine).
Откуда в кристалле берутся цветные электроны? Они берутся из валентных электронных оболочек атомов химических элементов. Заполнение оболочек в Периодической системе элементов происходит в строгом соответствии со скрытой цветовой симметрией,определяемой изоспином т.е. соблюдается хромоэлектрический принцип их построения. Более подробно об этом изложено в лекции проф. А.А. Кецариса (см.Приложение).
8. МЕХАНИЗМ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
_ Механизм сверхпроводимости соответствует закономерностям взаимодействия частиц в плазме и представляется следующим образом. Противоположные по цветовому заряду электроны притягиваются и образуют связанное состояние в виде новых квантовых частиц очень маленьких, комптоновских размеров. Частицы вибрируют с ленгмюровской хромоплазменной частотой, дебаевской амплитудой и одновременно рассеиваются друг на друге. Рассеивание частиц происходит под углом, поэтому периодически возникает угловой момент и, соответственно, импульсное вращение вокруг центра рассеивания. Возникающая центробежная сила выталкивает частицы в свободное пространство кристалла, где они сосредотачиваются, образуя зону сверхпроводимости в виде канала с вигнеровской структурой.
_ Поэтому известная куперовская пара представляется в виде двумерного объекта, состоящего из 2-х струн, имеющих поперечный радиус, равный длине волны Комптона для электрона (10-11см.)и протяженность, определяемой волновым вектором и, следовательно, энергией связи(для НТСП 10-5см.). Согласно Й.Намбу,существуют два вида струн, каждый из которых связан со своим цветовым квантовым числом: цветовым изотопическим спином (темные струны) и цветовым гиперзарядом (светлые струны).
_Если к мультиэлектронам, находящимся в сверхпроводящем канале, приложить электрическое поле, то они обеспечивают направленное движение электрического заряда без сопротивления, т.е. образуют сверхток.
Чтобы возникли мультиэлектроны, нужны специальные условия. Например, можно сделать проводник в виде слоев металла и изолятора. Тогда такой проводник становится сверхпроводником без охлаждения.
9. КРИТЕРИЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
_ Энергия связи мульчастицы (me) определяется балансом сил отталкивающих (кулоновского, центробежного) и притягивающего (цветового), потенциалов. Особенности механизма образования её таковы, что центробежный и цветовой короткодействующий потенциалы постоянны, а возникновение связанного состояния зависит только от величины дальнодействующего эффективного кулоновского заряда электронов.
_ Максимальное значение этого заряда, при котором еще наблюдается связанное состояние частиц, определяется из указанного баланса и равно q(me)= 1,41е, что меньше 2е. Следовательно, два электрона с общим зарядом 2е в обычных условиях никогда не образуют связанную куперовскую пару. Чтобы такая пара образовалась, необходимо экранирование заряда 2е положительным внешним зарядом, например, зарядом ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки (применительно к интерфейсу Cu -O).
_ Установленное критическое значение эффективного заряда q(me) < 1,41е (ограничение сверху)является первым условием критерия сверхпроводимости.
_ Вторым условием этого критерия является значение расстояния (d = d(кр)) между me, в вигнеровской структуре сверхпроводящего канала. Оно должно быть таким, чтобы вигнеровские орбитали перекрывались и обеспечивалась телепортация заряда от частицы к частице. Кроме того, должна быть обеспечена автономность структуры Вигнера (электронной подрешетки сверхпроводника), которая достигается при q(me)>1e (ограничение снизу) и определяется по резкому уменьшению фононных колебаний (аномалия Кона). Так как, размер d(кр) связан с постоянной кристаллической решетки (а), то он может быть без труда рассчитан или измерен.
_ Указанные два условия совместно образуют критерий сверхпроводимости.
_ Перечисленные факторы в критерии являются основными и нелинейно коррелироваными. Но имеются другие параметры, например, фононный спектр и электронно-дырочная концентрация, влияющие на сверхпроводимость. Определение оптимального соотношения всей совокупности факторов для заданной Тс представляет типовую многокритериальную задачу поиска глобального оптимума. В данном проекте эта задача была решена методом динамического программирования Р.Беллмана. Разработанные алгоритмы удовлетворяли основному требованию к точности расчетов (10*-7).
_ Величина q(me)= 1,41е соответствует и численно равна значению критерия каппа(1/k) в известной теории сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау (ГЛ). Это не случайно, так как глубину проникновения магнитного потока и размер зоны когерентности, используемые в ГЛ, можно интерпретировать как длину волны ленгмюровских колебаний и обратную величину волнового вектора me, соответственно.
_ При этом векторный потенциал, используемый в ГЛ, описывает взаимодействие электронов, которые образуют колеблющиеся цветовые диполи в магнитном поле. Если цветовой диполь образуется из куперовской пары, то он имеет цветовой заряд, равный е/2alfa и собственный момент импульса 1h. (J. E. Hirsch //Double-valuedness of the electron wave function and rotational zero-point motion of electrons in rings, arXiv:1007.2834v1, 2010). Поэтому расчетное значение кванта магнитного потока от такого диполя численно равно его экспериментальному значению.
_ Следовательно, известная теория ГЛ является частным случаем обобщающей мультиэлектронной теории.
_ Разработанный критерий сверхпроводимости справедлив не только для сверхпроводников с кристаллической структурой. Он может быть применен для сверхпроводящих аморфных полимерных пленок,жидкостных и вакуумных прослоек, в которых электрон-фононное взаимодействие мало или заведомо отсутствует.
10. ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА И СТРУКТУРА СВЕРХПРОВОДНИКОВ
_ Цветовое взаимодействие валентных электронов двух сортов является основной причиной возникновения электрической поляризации, так как электроны, кроме цветового заряда, несут кулоновский заряд. Поляризация приводит к образованию квазичастиц, известных как экситоны, поляроны, плазмароны и т.п. В свою очередь, образование квазичастиц и взаимодействие цветовых электронных диполей в магнитном поле в зависимости от температуры, электронной и дырочной концентрации вызывают появление многощелевых энергетических состояний в спектрах и многочисленные физические явления и эффекты (диамагнетизм, антиферромагнетизм, волны зарядовой плотности, переход металл-диэлектрик и т.д.).
_ Одновременно создаются условия вигнеровской кристаллизации: происходит уменьшение соотношения кинетической и потенциальной энергий электронов и локализация мультичастиц с образованием квантовых точек.
_ Энергия вигнеровского кристалла не изменяется при смещении всей электронной решётки относительно однородного положительного фона. Поэтому во внешнем электрическом поле E решётка электронов движется как целое относительно фона. Такой механизм электропроводности называется фрелиховской проводимостью, характерной для всех структур, в которых образуются волны зарядовой плотности и частным случаем которых является вигнеровский кристалл.
_ Согласно критерию сверхпроводимости (см. выше) необходимо, чтобы заряд мультичастиц вигнеровской структуры находился в пределах 1…1,41е, а электроны не были связаны с ионами кристаллической решетки, т.е. находились в состоянии асимптотической свободы и не участвовали в химической связи.
_ Все эти явления и эффекты, в настоящие время представляются в виде обобщенной экспериментальной фазовой диаграммы сверхпроводников. Её вид для ВТСП приводится ниже. В СП электронная хромоплазменная вигнеровская структура является переходной. Ей соответствуют вложенные поверхности Ферми. Вигнеровская структура похожа на структуру электронных жидких кристаллов, что подтверждено экспериментально.
_ В графене К. Новоселовым и А. Геймом также обнаружена Вигнеровская структура в виде нематической фазы электронного жидкого кристалла.
(http://arxiv.org/abs/1108.1742v1)
11. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЕТА СВЕРХПРОВОДНИКОВ
_ Программный комплекс (ПК) для расчета высокотемпературных сверхпроводников состоит из следующих программ:
_ – база данных определения параметров высокотемпературных сверхпроводников на основе мультиэлектронных носителей тока;
_ – программа расчета свойств мультиэлектронного носителя тока и прогноза температуры перехода в сверхпроводящее состояние (“Интеллект ВТСП”);
_ – программа расчета температуры перехода в сверхпроводящее состояние и размеров кристаллической решетки сверхпроводников (“Мультиэлектрон ВТСП”).
_ ПК предназначен для определения основных технологических параметров при разработке нанотехнологии высокотемпературных и комнатнотемпературных сверхпроводников. Особенностью ПК является применение искусственного интеллекта в виде нейронной сети для прогноза критической температуры Тс и использование в механизме сверхпроводимости релятивистских свойств электронов, установленных экспериментально в новом материале графене К. Новоселовым и А. Геймом – Нобелевскими лауреатами по физике 2010.
_ Применение ПК позволяет повысить эффективность разработок сверхпроводящих материалов и изделий с высокими критической температурой и свойствами.
_ ПК рассчитан на применение его специалистами-практиками для разработки и создания высокотемпературных и комнатнотемпературных сверхпроводников нового поколения. Он может быть также использован для разработки перспективных и совершенствования существующих технологий получения сверхпроводящих изделий.
_ Примеры расчетов структуры ВТСП с помощью ПК экспериментально подтверждены зарубежными исследователями (см. далее).
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
(раздел в разработке)
12. ЗАРУБЕЖНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ МЕТОДА
Имеются зарубежные подтверждения мультиэлектронной теории. В настоящее время сверхпроводник, работающий по мультиэлектронному принципу при комнатных температурах, может быть изготовлен как в объемном, так и в пленочном виде. Стабильные результаты демонстрируют:
_ Хорватский физик Дэниэл Джурек из института А.Вольта, который любезно прислал авторам сайта свою новую технологию КТСП с Тс = 356 К. Competing contributions of superconducting and insulating states in Ag5Pb2O6/CuO composite Danijel Djurek (Alessandro Volta Applied Ceramics (AVAC), 10000 Zagreb, Kesten brijeg 5, Croatia ).
_ Выступление на международной конференции Danijel Djurek: Ag5Pb2O6/CuO composit, an approach to ambient temperature superconductivity INTERNATIONAL CONFERENCE ON SUPERCONDUCTIVITY AND MAGNETISM (ICSM 2010 ). 25-30 April 2010. ANTALYA - TURKEY.
_ Профессор Йохан Ф. Принс, также предоставивший авторам сведения о разработке комнатнотемпературного сверхпроводника на допированных алмазах. Sage Wise 66 (Pty) Ltd. Trading as CATHODIXX Почтовый ящик 1537, Cresta 2118, Йоханнесбург, Южная Африка веб-сайт:
http://www.cathodixx.com
( Граница раздела алмаз - вакуум: II. Экстракция электронов из n-типа алмаза: подтверждение сверхпроводимости при комнатной температуре. Johan F Prins, Отделение физики Университета Претории (Department of Physics, University of Pretoria), Pretoria 0002, Gauteng, South Africa). Оригинальность эксперимента Йохана Ф. Принса заключалась в том, что он доказал возможность сверхпроводимости в вакуумной прослойке, т.е. без наличия кристаллической решетки.
_ Лаборатория Л. Григорова в США, которая получила мировую известность в реализации КТСП с Тс = 473 -700 К на мультиэлектронных полимерных пленках (патент US: 5,777,292).The Superconductivity at Room Temperature and Much Higher in New Polymer Films. Leonid N. Grigorov; Dmitry N. Rogachev Pages 133 - 138, Molecular Crystals and Liquid Crystals, Volume 230, 1993.
_ _ Полученные ультрапроводники в виде дискретных макромолекулярных структур, характеризуются очень высокой электрической проводимостью (> 10*11 S / см -1) и плотностью тока (> 5 х 10*8 А/см2), в широком диапазоне температур (1,8 до 700 K ). Дополнительные экспериментальные измерения полимерных КТСП включали в себя:
• _отсутствие измеримого тепловыделения при высоких текущих токах;
• _наличие теплопередачи против электропроводности на порядок выше, чем обычно, в нарушение закона Видемана-Франца;
• _скачкообразный переход к резистивному состоянию при критическом токе;
• _нулевой коэффициент Зеебека в интервале температур 87 - 233 K;
• _нулевое сопротивление ультрапроводящих пленок (в пределах 1,8 - 700К) при их размещении _между токосъемными сверхпроводящими электродами, имеющими _криогенную температуру.
__Ультрапроводники ( толщиной 1 - 100 микрон) сохраняют свои свойства в течении долгого времени после их получения и обработки. _ Сайт американцев:
http://www.chavaenergy.com/how/ultraconductors/
_ Новые свойства электрона являются фундаментальными свойствами и проявляются не только в сверхпроводимости.
_ Доктор наук Константин Новоселов (University of Manchester) в отзыве подтвердил оригинальность и заинтересованность. Данная разработка объяснила открытые им новые релятивистские свойства электронов в графене, что стало важным для создания корпорацией IBM уникального транзистора c рабочей частотой 100 Ггц. Dr. Kostya Novoselov School of Physics & Astronomy Schuster Building University of Manchester Oxford Road Manchester, M13 9PL, UK
www.kostya.graphene.org
_ Константин Новоселов стал Нобелевским лауреатом по физике 2010. На данном сайте имеется видеозапись выступления Константина Новоселова, где он рассказывает о своих достижениях, новом квантовом числе электрона и его обнаружении в графене.
_ Экспериментальное обнаружение мультичастицы в графене (плазмарона), выполнено в работе Bostwick A, Speck F, Seyller T, Horn K, Polini M, Asgari R, MacDonald AH, Rotenberg E. Observation of plasmarons in quasi-freestanding doped graphene. Science. 2010 May 21;328(5981):999-1002. Advanced Light Source (ALS), E. O. Lawrence Berkeley Laboratory, MS6-2100, Berkeley, CA 94720, USA.
13. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
_В России Сверхпроводник при комнатной температуре создан физиком В.Л. Деруновым.
http://derunov.narod.ru/
_ В экспериментах применена усовершенствованная методика Айвара Живера (Нобелевский лауреат по физике (1973). С помощью нанотехнологий была синтезирована наногетероструктура диэлектрик-металл-диэлектрик, в которой создали специальные условия для возникновения мультичастиц. В результате получили металл, сверхпроводящий устойчиво в диапазоне температур 77-620 К. Для изучения и демонстрации свойств полученного сверхпроводника при комнатной температуре (293 К) на основе этих наногетероструктур были изготовлены образцы с контактами Джозефсона. Такие структуры, как известно, являются общепризнанным мировым эталоном для установления эффекта сверхпроводимости в тонких пленках толщиной от 5 до 30 нм.
_ Особое внимание в экспериментах КТСП было уделено погрешностям, связанным с возможными неконтролируемыми как поверхностными, так и внутренними структурными изменениями в образцах, при их изготовлении. Эти погрешности могли бы приводить к резким изменениям электропроводимости (закоротки) и неправильной идентификации КТСП. Поэтому для проверки и устранения указанных возмущений, методика тестовых низкофоновых измерений КТСП носила комплексный характер, с одновременной идентификацией следующих эффектов в основных и контрольных образцах:
_ - двухчастичного туннелирования при разных температурах образцов с определением критического тока;
_ - Джозефсона на переменном токе;
_ - Джозефсона на постоянном токе;
_ - поглощения СВЧ излучения;
_ - влияние магнитного поля на квантование тока в образцах и идентификация их диамагнетизма;
_ - наблюдение и регистрация структуры сверхпроводящих каналов.
_ Измерения электрических характеристик ВАХ выполнялись на стандартных характериографах, имеющих метрологическую сертификацию. Расчеты проводились с погрешностью не более 0,02% .
_ Комплексные электрические и магнитные измерения образцов подтвердили наличие в них диамагнитной проницаемости, равной -0,06, что характерно для сверхпроводимости при комнатной температуре (КТСП).
_ Основным результатом выполнения наукоемкого проекта по созданию КТСП явилось определение необходимых этапов нанотехнологии, предусматривающих компьютерный расчет свойств и выбор исходного материала, создание сверхпроводящих носителей, структуры кристаллической решетки с необходимой электронной концентрацией, синтез слоевой наногетероструктуры и стабилизацию носителей сверхтока.
Для демонстрации и доказательства эффекта сверхпроводимости при комнатной температуре произведена видеосъемка эффекта Джозефсона и других тестовых характеристик полученной SIS структуры. Таким образом сделан реальный практический шаг в реализации мечты академика В.Л. Гинзбурга и разработке перспективной российской технологии сверхпроводников (Воронеж (НИИЭТ)-Екатеринбург (УрФУ).
_ Экспериментальные результаты по КТСП в 2010 г. прошли положительную независимую проверку в Англии (Кембридж). Получено предложение о сотрудничестве, которое было принято специалистами НИИЭТ(Воронеж).
На выполненную авторским коллективом НИР приведены отзывы, как положительные, так и с критикой. Будем признательны посетителям сайта за присланный отзыв (mvkir@mail.ustu.ru)
Так же можно посмотреть презентацию проекта нанотехнологии комнатнотемпературного сверхпроводника и сверхпроводящего транзистора.
14. РАЗВИТИЕ МЕТОДА ЭКА. НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
_14.1.По мнению проф.,д.х.н. Ф.Г.Унгера (Унгер Ф.Г. Квантовая механика и квантовая химия, Томск. ТГУ. 2007. 240 с.),исследование и доказательство спиновой природы нефтяных дисперсных систем, горных пород, осадков водных систем приводит к выводам о существовании взаимодействий, выходящих за рамки Ньютоновых и Кулоновых. Обменные взаимодействия, описываемые в рамках аппарата волновой механики, не имеют конкретного аналитического выражения, что свидетельствует о недостающих элементах в выражениях энергий взаимодействия. Спиновая природа взаимодействий относится к релятивистской квантовой механике и в современной квантовой химии на указанном уровне не учитывается.
_ Выполненая новая разработка подтвердила общую цветовую природу химической связи и сверхпроводимости. Благодаря использованию новой квантовой характеристики электрона - цветового заряда и изоспина - получены решения для расчета основных свойств молекулярной связи (размеров молекулы,энергии диссоциации, потенциалов ионизации), выраженные в элементарных функциях. Простота и наглядность метода является преимуществом разработанного метода перед известными квантовомеханическими расчетами (молекулярных орбиталей и валентных связей). Разработанный метод позволяет определить характеристики и свойства молекулярной связи в "среднем". Для расчета локальных распределений, например, электронной плотности, следует использовать известные квантовомеханические методики.
_На основе экспериментальных данных прецизионной рентгеновской томографии и лазерных оптических съемок молекул показано, что электронная пара Купера, обобществленная электронная пара Льюиса в молекулярной связи и электрид Бента в кристаллах это общее проявление способности электронов образовывать связанные состояния. Более подробно об этом изложено в Лекции проф. А.А. Кецариса (Приложение на данном сайте). Примеры экспериментальных и расчетных данных, подтверждающих образование мультичастицы в молекуле азота, представлены на нижеследующем рисунке (J.Itatani, J.Levesque, D.Zeidler, Hiromichi Niikura, H.Pepin, J.C.Kieffer, P.B.Gorkum, and D.V.Villeneuve. Nature, v.432, 467,2004).
НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
_14.2. Применение метода ЭКА и мультиэлектронной теории для разработки новых источников энергии показано на примере известного низкоэнергетического ядерного реактора А.Росси.
Принцип действия реактора основан на том, что мультичастицы образуют не только мультиэлектроны, обеспечивающие сверхпроводимость, но и мультиатомы и мультимолекулы. В реакторе итальянского физика А.Росси мультиводород, обладая малыми размерами и нейтральным зарядом, легко преодолевает кулоновский барьер и проникает в ядра катализатора-порошка никеля, вызывая ядерную реакцию. Таким образом, реализуется известный принцип мюонного катализа. В роли мюонных мезаатомов выступают мультиатомы водорода. Процесс идет с выделением тепла, управляем и совершенно безопасен, так как отсутствуют вредные ядерные отходы и топливо. В результате ядерной реакции получается медь.
http://www.journal-of-nuclear-physics.com/
_ Мультиэлектронная теория реактора, видеофрагменты тестовых испытаний реактора Росси (28.10.2011.Болонья, Италия) и Пресс-конференции господина А.Росси на презентации низкоэнергетического ядерного реактора приведены в Приложении на данном сайте.
_14.3. Установлено, что носители заряда в механизме электронно-дырочной проводимости могут быть представлены с помощью разности концентраций электронов двух цветов.
_Разделение электронов по цвету на "черные" и "белые" и формирование носителей типа "дырка" и "электрон" возможно в магнитном поле (эффект Холла).
_Экспериментальное подтверждение новой интерпретации механизма электронно-дырочной проводимости для графена выполнено К.Новоселовым. Наглядно показано взаимопревращение носителей заряда при изменении их концентрации в графене. Предложенный механизм электронно-дырочный проводимости отличается от известного механизма тем, что он объясняет возникновение разнополярных носителей электрических зарядов на основе частиц только одной полярности - электронов с реальными значениями заряда и массы.
_14.4.Сделан научный доклад на Пятой Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов ФСМиС-У=5"(Екатеринбург,2009). _Тезисы доклада опубликованы в Материалах конференции, презентация доклада представлена на сайте.
(Россия, Екатеринбург, УрФУ, vbsh45@mail.ru)
Разработки выполнены авторами в свободное от основной работы время и на собственные средства
©- все права защищены. При копировании Ссылка на данный сайт обязательна.
Cайт создан: 30. 09. 2005.
Последнее обновление: 03. 04. 2012.
15. ПРИЛОЖЕНИЯ
Мультиэлектронная теория сверхпроводимости Проект нанотехнологии комнатнотемпературного сверхпроводника Физические основы нанотехнологии комнатнотемпературных сверхпроводников Сверхпроводимость и химическая связь на основе цветового заряда электронов
Презентация доклада на конференции ФСМиС-5
Аудиозапись выступления с докладом и вопросами на выставке ИННОПРОМ-2010.
Новые материалы по комнатной сверхпроводимости, любезно присланные профессором Йоханом Принсом.
Лекция проф. А.А. Кецариса о цветовом взаимодействии электронов
Теория реактора Росси с расчетами параметров
Тестовые испытания реактора Росси 28.10.2011.Болонья, Италия
Пресс-конференция господина А.Росси на презентации низкоэнергетического ядерного реактора
Гостевая книга для посетителей сайта