列夫·瓦西列維奇·舒布尼可夫是前蘇聯低溫物理學奠基人。在凝聚態物理學史中，特別是在超導物理學史中，都不可能不提及他的名字。
基本介紹
- 中文名：列夫·瓦西列維奇·舒布尼可夫
- 外文名：Лев Васильевич Шубников
- 國籍：前蘇聯
- 出生地：列寧格勒市
- 出生日期：1901
- 逝世日期：1946
1901年9月29日，舒布尼可夫出生於列寧格勒市。其父瓦西里·瓦西里耶維奇 （Bacилий Bacилъeвич） 是一位會計：母親柳博芙·謝爾蓋耶芙娜 （Любовъ Сеpreeвна） 是一位家庭婦女；他還有一個弟弟和一個妹妹。舒布尼可夫的大學是在列寧格勒工業學院上的，在他的學生時代，1920—1922年間，他曾作為晶體物理學權威奧伯雷莫夫 （I.V.Obreimow） 的助手在國家光學研究所工作，後來，又到列寧格勒的物理-技術研究所擔任實驗助手。
1925年，舒布尼可夫與同是物理學家的特拉佩茲尼科娃·奧莉加·尼古拉耶芙娜 （Tpaпезниκοва Oлъга Ηиколаевна） 結婚。1926年11月，當舒布尼可夫從列寧格勒工業學院畢業後，被國家教育委員會派往荷蘭，他去了由最初成功地液化氦並發現超導電性的荷蘭物理學家卡末林·昂內斯 （H.Karmerlingh Onnes） 創立的萊頓實驗室，並與妻子一道在卡末林-昂內斯的繼承者德哈斯 （W.J.DeHass） 的指導下工作，直至1930年底回國。
舒布尼可夫很早就顯示出天才的科研才能。在去荷蘭之前，1924年，舒布尼可夫就曾與他當時為之工作的老師奧伯雷莫夫 （Οбреимов） 一起，發展了一種生長金屬單晶的方法。這種方法沿用至今，現仍被稱為奧伯雷莫夫-舒布尼可夫法。此後，他又與奧伯雷莫夫合作，從事晶體彈性形變的研究。到了萊頓之後，德哈斯交給舒布尼可夫的第一項工作，就是製備理想的鉍單晶，以便用於在外場和低溫下進行的電阻測量。這項工作一開始遇到了些困難，後來，他在借鑑了前蘇聯物理學家卡皮察 （Π.Л.Κапица） 的一些方法後，終於解決了這個難題。他採用了卡皮察所用過的剖面模的方法，首先，通過化學提純和反覆結晶，獲得了很純淨的鉍，然後再以此物質為基礎，成功地製成了具有非常高純度的鉍單晶，其中只含有極少量的雜質和缺陷。
在獲得了理想的單晶樣品後，在妻子和其他一些人的幫助下，舒布尼可夫和德哈斯就鉍在磁場中和低溫下的電阻問題進行了一系列重要的研究，其中尤其值得提及的是，他們發現了鉍的電阻隨磁場的倒數呈現明顯周期性變化的現象，也即著名的“舒布尼可夫-德哈斯效應” 。他們的這一結果發表在1930年10月份的《自然雜誌》上。
就在同一年，蘇聯物理學家朗道提出了在磁場中固體電子能級量子化的理論，即朗道能級理論，而舒布尼可夫-德哈斯效應的發現實際上就是這個著名理論的第一個驗證。在某種意義上講，這一效應的發現標誌著正常金屬量子物理學的開端。目前，人們已在大多數的金屬和許多半導體中觀察到了這種效應。由於這種效應易於觀察，對實驗的條件要求不高，而提供的有關電子結構的信息卻十分豐富，所以它已成為人們研究金屬和半導體的電子結構的一種十分重要的基本方法。
1930年，舒布尼可夫離開萊頓回國後，來到設在哈爾科夫的烏克蘭物理技術研究所。當時，他原來的導師奧伯雷莫夫正在那裡籌建一個低溫物理實驗室。1931年，舒布尼可夫成為這個低溫物理實驗室負責科學工作的主任。他將極大的熱情投入到工作中。在舒布尼可夫的領導下，低溫實驗室在很短的時間內就解決了許多相關的技術性問題，建造了液化空氣和氫氣的裝置。
1933年，蘇聯的國家重工業委員會委託烏克蘭物理技術研究所組建一個低溫實驗站，舒布尼可夫又成了這項任務的負責人。在他的努力之下，很快就集合起一支高水平的研究隊伍，在短期內便攻克了許多重要的技術難題。例如，他們測量了建築材料的熱導和力學性質，研究了二元系和三元系的液氣平衡問題，裝備了半工業化的設備來分離焦化氣。這些工作對蘇聯低溫技術的發展產生了重要的影響。
早在1933年，舒布尼可夫的實驗室就擁有了液化氦，並利用相應的低溫條件，在他的領導下，在液氦溫區，對當時正是熱門課題的超導體的磁質進行了深入的研究。當時，人們對於超導體的磁性質的了解非常片面，一般是將超導體作為一種理想導體來看待。按照經典電磁理論，理想導體的磁性質是與它在磁場中的“歷史經歷”有關的。由於理想導體內的磁場應保持不變，所以用這種觀點來看，如果先將超導體降溫使之處於超導態，然後再加上外磁場，結果超導體內的磁場就應為零；但如果將次序換一下，先是加上外磁場，然後再降溫使之處於超導態，則超導體內最後就會“凍結”住磁場。也就是說，對於理想導體，經歷不同的過程，雖然最後的條件相同，但所達到的卻是不同的狀態。
1933年，德國科學家邁斯納等人發現了超導體的一種基本性質——“邁斯納效應”，也即完全抗磁性效應，它表明超導體並非理想導體，因為它只要處於超導態，其內部的磁感應強度就應永遠保持為零。1934年，舒布尼可夫就與同事裡亞比寧 （Ж.H.Pябинин） 合作，以更為詳細的實驗結果驗證了邁斯納等人的重要發現。實驗結果表明，只要外磁場接近臨界值，不論磁場增加還是減小，超導體內的磁感應強度都會發生急劇的變化。這一結果支持了邁斯納等人的發現。在實驗中，他們既使用了多晶樣品，也使用了在自己的實驗室製成的單晶樣品。雖然舒布尼可夫這一工作在時間上略晚於邁斯納等人早期的結果，但他們的工作也是獨立地完成的，並且獲得了更為詳細的數據 。
在此之後，舒布尼可夫與其同事對合金超導體的磁性質又進行了一系列的重要研究。尤其是，1935年，他和里亞比寧發現，合金超導體中存在有兩個臨界磁場，在兩個臨界磁場中間，即所謂的“舒布尼可夫相”，對應於現代術語中第二類超導體的混合態。在這些成果的鼓舞下，他與更多的同事再度合作進行了對合金超導體磁性質的深入研究。
根據他們在1936年發表的實驗結果可以看出，對於合金樣品，他們已經得出了較好地接近於理想第二類超導體的磁化曲線，並研究了在一種金屬中為形成合金而摻入另一種物質的含量與該樣品磁性質的關係。他們還很有預見地指出，磁化曲線下的面積應等於正常相和超導相的自由能之差。他們得出結論：在超導轉變點，合金樣品應表現出一個零場的比熱躍變，其大小可以與在純金屬超導體中的零場比熱躍變相比。
這一結論遠遠超前於當時已有的比熱測量。當然，舒布尼可夫等人當時對合金超導體特有的磁化曲線的解釋，與後來標準的看法有所不同。但無論如何，到了1950年代中期，在前蘇聯物理學家阿布里柯索夫 （A.A.Aбрикосов） 提出其關於理想第二類超導體的理論時，舒布尼可夫等人在將近20年前的實驗結果起到了重要的支持作用。而我們知道，目前能夠得到實際套用的超導材料，主要有第二類超導體。舒布尼可夫等人的成功，就在於他們所用的樣品製備得很出色。因此，英國著名超導物理學家孟德爾頌後來甚至推測說，在哈爾科夫的小組，顯然有第一流的冶金學家在幫他們。舒布尼可夫本人對於材料製備的擅長，在這項工作中無疑也起了重要的作用。
除了超導合金的磁性質之外，舒布尼可夫和他的同事們一道還研究了金屬和合金的超導電性被電流破壞的問題，他們發現當電流破壞超導電性時，就會出現中間態。
在物理學的其他方面，舒布尼可夫也有許多出色的研究。例如，他曾與人合作在研究液氦磁化率的同時，測定了質子的磁矩的大小，也測定了在磁場中核自旋的取向時間。他也曾與人一起研究了過渡金屬的無水氯化物的比熱，測量了無水氯化物的磁性，揭示了這些氯化物從順磁態向一個新態的轉變。這個新態就是1933年朗道在理論上研究了的反鐵磁態。
正當舒布尼可夫既作為科學工作的組織者也作為研究者在低溫物理學領域和其他物理學領域中不斷得出重要成果之際，前蘇聯一場被稱為“大清洗” （或者叫“大恐怖”） 的運動開始了，舒布尼可夫本人的命運也隨之相應地進入了悲劇階段。
