В январе 2001 года на симпозиуме "Transition Metal Oxides", проходившем в японском городе Сентаи, было сообщено о том, что диборид магния MgB₂ переходит в сверхпроводящее состояние при рекордно высокой для такого класса соединений температуре 40 K. Это заявление вызвало настоящий бум: сейчас ежедневно появляется по несколько работ, исследующих свойства диборида магния. Со стороны может показаться, что температура в 40 К вовсе не такая большая (в настоящее время получены керамики вида YBaCuO, сохраняющие сверхпроводящее состояние вплоть до температур порядка 150 К). Так в чем же особенности этого соединения и почему оно вызвало такой интерес?

Причин несколько. Во-первых, это соединение очень простое, как по кристаллографической, так и по электронной структуре (последнее значительно важнее). Это значит, что теоретики имеют шанс рассчитать все точно и попытаться, наконец, выяснить, как же сверхпроводимость в принципе возникает, как научиться ее предсказывать в том или ином материале. Ведь до сегодняшнего дня практически все сверхпроводники находят методом проб и ошибок.

Во-вторых, есть подозрение, что сверхпроводимость диборида магния будет описываться старой доброй теорией Бардина-Купера-Шриффера. Ведь, несмотря на то, что эта теория принесла авторам Нобелевскую премию в 1972 году, она оказалась неспособной описать многие из открытых позднее сверхпроводящих материалов (в том числе и высокотемпературную сверхпроводимость керамик).

В-третьих, из всех двухэлементных соединений у MgB₂ самая высокая температура перехода в сверхпроводящее состояние (T_c). Это связано с тех, что атомы бора очень легкие, а в теории БКШ предсказывается, что чем легче атомы, тем дольше сохраняется сверхпроводимость.

Наконец, важно и то, что диборид магния - давно известное и хорошо изученное вещество. Кроме того, получение его, в отличие от керамик, также не представляет трудностей.

Каковы же строение и свойства соединения MgB₂? Кристаллическая структура соединения изображена на рисунке.

Рис. 5. ДКристаллическая структура соединения MgB₂.

Атомы бора образуют шестиугольные "соты", очень напоминающие графитовые плоскости. Отличие от графита лишь в том, что в дибориде магния плоскости находятся прямо одна над другой, а в графите - несколько сдвинуты. Кроме того, в нашем соединении есть еще и атомы магния, находящиеся в "сотах". Вычисления показывают, что эти атомы находятся в сильно ионизованном состоянии, близком к Mg⁺⁺. Будучи положительно заряженными, они как бы "вытягивают" электроны из борных плоскостей в межплоскостное пространство. Это приводит к созданию свободных носителей заряда, что приводит к металлическим свойствам диборида магния и способствует сверхпроводимости.

Одним из первых важных открытий, совершенных сразу же после объявления о сверхпроводимости MgB2, было наблюдение изотопического эффекта. Суть явления заключается в том, что температура перехода в сверхпроводящее состояния зависит от того, какой изотоп бора используется: B¹⁰ или B¹¹. Изотопы одного элемента, как известно, имеют идентичное электронное строение, а отличаются лишь массами. Значит, изотопический эффект - это по сути наблюдение зависимости Tc от массы атомов, как раз то, что и предсказывается теорией БКШ.

В настоящее время идут очень интенсивные исследования нового сверхпроводника: изучаются его механические и термодинамические свойства, характер его взаимодействия с магнитным полем, особенности сверхпроводимости при протекании через образец больших токов и т.д. Можно надеяться, что в скором времени будет представлена целостная картина того, как наступает сверхпроводимость в этом соединении, а также как ее можно использовать.