Случайно обнаружил потрясающе информативный материал, подтверждающий экспериментально обнаруженный факт, правило Чапника Кикоина: почти все обычные сверхпроводники имеют положительный коэффициент Холла вблизи критической температуры. И на каких материалах!!!!! Всем известный сейчас MgB2 и обыкновенный графит!
Статья Чапника тут:
http://iopscience.iop.org/0305-4608/13/5/011
Очень информативную информацию о выполнении правила Чапника мы берем со страницы Хирша (помните индекс Хирша?) в виде диаграммы:
http://www-physics.ucsd.edu/~jorge/bcs.html
Как видим исключения из правил по пальцам можно пересчитать.
Теперь, что я нашел. Смотрим на картинку:
Картинка из книги:
Electronic structure: basic theory and practical methods / Richard M. Martin. издания 2004 года
Интересные нам страницы здесь:
http://love.minich.ru/s/p068.djvu
http://love.minich.ru/s/p069.djvu
http://love.minich.ru/s/p070.djvu
http://love.minich.ru/s/p071.djvu
Красные пометки мои (Миныча).
В чем же соль? А вот в чем:
Структуры графита и MgB2 практически очень схожи, число валентных электронов на ячейку одно и то же и для графита и для борида магния и можно ожидать, что структура зон у них будет очень похожей.
Зоны были рассчитаны и как раз показаны на рисунке сверху, справа графит, слева борид магния. Подпись к рисунку:The simple hexagonal form of graphite
consists of these planes stacked with hexagons over one another in the three-dimensional
simple hexagonal structure, Fig. 4.2. This is also the structure of MgB 2 which is illustrated
in 4.6. The boron atoms form graphene-like planes in the simple hexagonal structure and
the Mg atoms occupy sites in the centers of the hexagons between the layers. Since each
Mg atom provides two valence electrons, the total electron valence count per cell is the
same for graphite and MgB2. Thus we can expect the band structures to be closely related
and the bands near the Fermi level to be similar.
То есть то что обведено красным для борида это частично незаполненная зона. Сигма связь там слабее чем в графите и зона выше лежит.Figure 2.29. Electron bands of MgB 2 (left) and primitive hexagonal graphite calculated [240] using
LAPW method (Ch. 17). The planar a bonding states, highlighted with larger symbols, are higher in
energy in MgB2 so that they are partially unoccupied. The symmetry labels are given in Fig. 4.10
and the Fermi surface calculated using a similar method is shown in Fig. 2.31. From [240].
Очень горизонтальная ветвь в области ГА означает слойную структуру материалов. Поверхность ферми у борида там почти цилиндрическая.
Так вот для борида в Области ГА частично заполненная зона означает в основном дырочную проводимость, а так как в графите аналогичная зона лежит намного ниже уровня ферми, то там дырочной проводимости кот наплакал. Применяем правило Чапника Кикоина и точно! Борид и должен быть сверхпроводником, а графит навряд ли, что и наблюдается в природе.
Если встать в положении экспериментатора мыслителя, то напрашивается постановка экспериментов с графитом, которого везде завались, по превращению его в сверхпроводник путем:
1й путь: понизить в графите уровень Ферми.
2й путь:повысить уровень сигма зоны, тем самым обеспечив пересечение сигма зоны в районе ГА с уровнем ферми.
А так как сигма связь сильнее именно в графите, то вполне можно надеяться, что температурка критическая будет повыше в допированном графите, чем в бориде магния, то есть выше 40К. И производство сверхпроводящего графита можно вывести на уровень тысяч, если не миллионов, тонн. Если конечно преуспеть в нужном допировании или пропитке графита "секретной" жидкостью или секретным газом.
Впрочем и борид магния полностью еще свое слово не сказал, с его повехностью ферми и уровнем сигма связи относительно уровня ферми тоже можно поиграться.
И в заключение. Хирш как то раз задал задачку: посмотреть на зонную структуру двух материалов и предсказать, какой из них есть сверхпроводник, а какой нет:
Кто внимательно прочитал это сообщение сразу же справится с задачей профессора Хирша: конечно же сверхпроводник это Элемент два!
Ну и от меня вопрос: что значит с экспериментальной точки зрения наличие ДВУХ моих пометок красным на рисунке с графитом и MgB2 из книги?
Правильно! Поверхность ферми в виде гофроцилиндра означает наличие ДВУХ щелей в дибориде магния.
