Магнитный пробой как одно из явлений физики
Слова «магнитный пробои» появились в физической литературе в начале 60-х годов. Что такое магнитный пробой, мы объясним позднее, а пока предостережем читателя от неверной ассоциации — с пробоем в газах или с пробоем диэлектрических изоляционных покрытий.
Магнитный пробой — одно из свойств в такой науке, как физика, достаточно чистых монокристаллов металлов при достаточно низких температурах, помещенных в достаточно сильное магнитное поле. Все эти «достаточно», конечно, требуют разъяснения. Достаточно низкая температура — температура в несколько абсолютных градусов. Достаточно сильное магнитное поле — поле в несколько единиц или десятков килоэрстед. Достаточная чистота определяется длиной свободного пробега электронов: нужно, чтобы длина пробега I была побольше. Об этом подробно будет говориться ниже, пока примем, что l ~ 10-3 см, и напомним, что при, комнатной температуре l ~ 10-6 см; таким образом, желательно, чтобы в исследуемом образце металла электрон между столкновениями пролетал расстояние примерно в тысячу раз большее, чем при обычных условиях.
Итак, для изучения магнитного пробоя нужны уникальные условия и уникальные образцы металла. Авторы предвидят сомнение читателя-прагматика: «Зачем же изучать явление, если оно проявляет себя в столь редко встречающихся условиях, точнее, вообще не встречающихся, а специально создаваемых?» Или сомнение другого читателя, назовем его высокомерным теоретиком: «Мы прекрасно знаем, что в металле есть свободные электроны и именно они делают металл проводником; уже лет пятьдесят, как мы знаем, что собой представляют электроны проводимости, поняли, что без квантовой механики описать свойства металлов нельзя, сумели объяснить такое удивительное явление, как сверхпроводимость. Исследуя свойства металлов в сильном магнитном поле, в частности, изучая магнитный пробой, узнали ли вы что-то принципиально новое? Слово «принципиально» высокомерный теоретик выделил и произнес чуть иронически, давая понять, что принципиально новое следует искать не в свойствах металлов, а в свойствах элементарных частиц или, скажем, реликтового излучения.
Читателю-прагматику ответить легко. Практике нужны все более уникальные свойства твердых тел и среди них — металлов. Их поиск, а в последнее время и создание невозможны без знания тонкостей строения и структуры энергетического спектра металлов, а знание добывается исследованием тончайших явлений в экстремальных условиях. Весь опыт мировой науки, бесконечно демонстрирующей полезность для инженерного воплощения результатов, полученных в уникальных лабораторных исследованиях, свидетельствует: по-настоящему интересное чистой науке оказывается полезным. Найдет себе применение и магнитный пробой или то, что мы узнаем о металлах с его помощью.
Несколько труднее ответить «высокомерному теоретику». Не потому, что он прав. А потому, что его слова — следствие вкусовой оценки. Если человеку априори неинтересно; ничего не поможет — он попросту не станет знакомиться с тем, что ему неинтересна.
Физика конденсированного состояния, к которой принадлежит электронная теория металлов, не исчерпала себя и продолжает быть источником оригинальных идей и представлений. Знакомство с физикой магнитного пробоя поможет в этом убедиться на вполне конкретном примере.
Мы уверены: магнитный пробой — по-настоящему интересная тема. Во-первых, весьма необычным проявлением квантовых свойств частиц. Во-вторых, тесной связью между теорией и экспериментом: почти каждое предсказание теоретиков находило экспериментальное подтверждение, а результаты экспериментов — теоретическое объяснение. В-третьих, большая часть результатов по магнитному пробою получена нашими коллегами и (или) с нашим участием. Написанный нами очерк — рассказ участников событии. И наконец, в-четвертых, магнитный пробой — удивительно красивое явление. Понимаем, что последний аргумент — наименее убедительный. Если он Вас не заинтересовал, закройте сайт. Дальнейшее — для тех, кто продолжает чтение.