Что такое предел Макмиллана?

Предел Макмиллана в сверхпроводимости — это теоретическая концепция, которая дает представление о том, насколько высокой может быть температура сверхпроводимости в материале, если мы учитываем его физические свойства, такие как взаимодействие электронов с атомами решетки (или фононами).

В сверхпроводниках, согласно теории BCS (Бардина-Купера-Шриффера), электроны, при определенных условиях, могут образовывать пары, которые движутся через кристаллическую решетку без сопротивления. Этот процесс возможен благодаря взаимодействию электронов с фононами — колебаниями атомов в решетке. Энергия, передаваемая между электронами и фононами, играет ключевую роль в том, насколько легко электроны могут образовывать эти пары.

Предел Макмиллана связан с тем, что сверхпроводимость ограничена тем, насколько эффективно происходит это взаимодействие между электронами и фононами. Когда температура повышается, атомы в решетке начинают колебаться более интенсивно, и взаимодействие между электронами и фононами становится менее эффективным. Это приводит к тому, что пары электронов начинают разрушаться, и сверхпроводимость исчезает.

Предел Макмиллана дает ориентир по максимальной температуре, при которой сверхпроводимость еще может существовать в определенном материале, если этот материал подчиняется классической теории сверхпроводимости (то есть если сверхпроводимость вызвана именно взаимодействием с фононами). Он описывает температурный предел, при котором еще возможно сохранение сверхпроводящего состояния в зависимости от того, насколько сильно и эффективно электроны могут взаимодействовать с фононами.

Таким образом, предел Макмиллана — это своего рода теоретический барьер, который не позволяет сверхпроводникам иметь температуру выше определенного уровня, даже если все остальные параметры идеально подходят для сверхпроводимости. На практике, это означает, что сверхпроводимость может существовать при высоких температурах только в тех материалах, где взаимодействие между электронами и фононами максимально эффективно.

Однако с развитием науки, особенно в области высокотемпературных сверхпроводников, было найдено, что некоторые материалы могут демонстрировать сверхпроводимость при температурах, значительно превышающих те, которые предсказаны пределом Макмиллана, что привело к созданию новых теорий сверхпроводимости, таких как теория сильных корреляций и т. п.