Сверхпроводимость

Для исследования деятельности мозга человека в Финляндии  разработаны "шлемы", содержащие свыше 120 СКВИД - датчиков. В Японии прошла испытания 256-канальная система. И это - на низкотемпературных, охлаждаемых жидким гелием СКВИДах! При создании таких систем, кроме стандартных требований к этим приборам - низкого шума, высокой скорости слежения, долго временной стабильности и т.п., - одновременно решаются проблемы миниатюризации цепей и охлаждающих устройств, создание малоразмерной и дешёвой электроники, уменьшение взаимного влияния каналов и многое другое

Открытие  высокотемпературных сверхпроводников и прогресс технологии создания малошумящих  СКВИДов, приближающихся по своим характеристикам к низкотемпературным, но работающих при азотном охлаждении, во многом упростили проблему их внедрения в аппаратуру теле коммутационных комплексов. Весьма важно то, что теперь произошло перекрытие диапазонов рабочих температур сверхпроводниковых устройств. В результате возникла возможность разработки гибридных устройств, открывающая принципиально новые перспективы в системах связи. Уже в приёмниках станций сотовой и персональной связи, работающих на частотах от 800 МГц до 2 ГГц, пользуются супер - узкополосные сверхпроводящие фильтры из высокотемпературных сверхпроводящих плёнок . Разработаны и проходят испытания резонаторы, мультиплексоры, линии задержки и прочие пассивные элементы радиоэлектроники. Их достоинствами, по сравнению с элементами из не сверхпроводящих материалов, являются более низкие потери, узкополосность, компактность и температурная стабильность. Например, сверхпроводящие резонаторы позволяют получать значения добротности 1011 - это в миллион раз выше, чем в конструкциях с омеднёнными или посеребрёнными стенками.

В последнее  время проявляется огромный интерес  к развитию техники, способной представить  пространственное изображение источников магнитного поля. Основной мотив здесь, конечно, желание понять структуру и динамику магнитных вихрей как в низко-, так и в высокотемпературных сверхпроводниках. Прикладной интерес связан с получением магнитных изображений для биомедицинских приложений и неразрушающего контроля материалов.

Поэтому получила развитие совсем новая область применения СКВИД - магнитометров - сканирующая СКВИД - микроскопия. Только подобный микроскоп даёт не оптическое изображение исследуемого образца, а магнитное, т. е. При перемещении образца относительно СКВИД - датчика регистрируется величина магнитного потока и визуализируются его пространственные вариации над поверхностью образца. Так как СКВИДы - чувствительнейшие датчики магнитного потока, то с их помощью можно исследовать магнитные поля от мизерных объёмов вещества, например, тончайших ферромагнитных и сверхпроводящих плёнок. Источниками поля могут является либо микроскопические магнитные включения, либо протекающие токи. Используя микроскоп на основе гелиевого СКВИДа, обладающего пространственным размещением менее 10 мкм и чувствительностью к магнитному потоку порядка 10-6 Фо, в исследовательских лабораториях фирмы IBM получены изображения как единичных вихрей магнитного потока, проникающих в плёнку сверхпроводника, так и целых ансамблей.

Примером  практического применения азотного СКВИД - микроскопа является сканирование слабонамагниченных объектов, таких, например, как специальные чернила или краски на ценных бумагах.

Огромные  перспективы открывают сверхпроводниковые методы в энергетике. В энергосистеме  Женевы заработал первый в мире трёхфазный распределительный трансформатор, охлаждаемый жидким азотом, намотки которого выполнены из ВТСП материала. При значительно меньших потерях он более компактный и вдвое легче традиционного трансформатора с медной намоткой. Разрабатываемые ВТСП - токоограничители (приборы, ограничивающие ток короткого замыкания) стали предметом реальной энергетики. Уже эксплуатируется такое устройство на основе ВТСП - технологии на одной из гидростанций. Приборы с электромагнитами, изготовленными из ВТСП провода, работают в ряде учреждений.

Понятен всё возрастающий интерес к сверхпроводниковой технологии и сверхпроводниковым материалам у компьютерной отрасли техники. Более двух десятилетий ведутся  работы по созданию сверхпроводниковых запоминающих устройств (ЗУ). Сначала  было предложено и изучено простейшее устройство - криотрон, состоящий из танталовой проволоки и ниобиевой катушки. В нём реализуются два состояния сверхпроводящее и резистивное, возможно переключение одного в другое, т. е. криотрон действует как простейший элемент памяти. Он прост по конструкции и отличается малой рассеиваемой мощностью, однако быстродействие его ограничено и составляет 10-3...10-4с, что явно недостаточно для современных вычислительных машин.

Создание  плёночных ЗУ позволило увеличить  их быстродействие до 10-7с. Но и это оказалось недостаточным для современных ЭВМ. Только используя низкотемпературные джозефсоновские переходы, удалось создать такие элементы памяти, время срабатывания которых достигло порядка 10-10...10-11с, а энергия, выделяемая при переключении, составила 10-17Дж. Развитие тонкоплёночной сверхпроводниковой технологии позволяет реализовать высокую плотность монтажа до порядка 10-5...10-6 элементов на плате. Таким образом имеются все предпосылки для создания мощной ЭВМ с производительностью 1010 операций в секунду и рассеиваемой мощностью менее одного ватта. И хотя на пути ещё немало нерешённых проблем, но уже не за горами то время, когда заработает первая супер - ЭВМ на сверхпроводящих элементах, в том числе и на базе ВТСП.

Работы  в области сверхпроводимости дали мощный импульс инженерным и технологическим разработкам и вызвали оживление на рынке сверхпроводниковых материалов и устройств. На семинаре в Хьюстоне, в 1977 г., посвящённом высокотемпературной сверхпроводимости, было заявлено, что следующее десятилетие станет декадой завоевания рынка с перспективой миллионных долларовых доходов от продаж сверхпроводящих устройств.

Таким образом, фундаментальные исследования сверхпроводимости привели к  развитию новой области техники - прикладной сверхпроводимости, ставшей одним из решающих факторов научно - технического прогресса. 

Использованная  литература.

Журнал "Радио" 1998 г. №10,№11