Физика

Нобелевские лауреаты: Луи Неель

Премия за кассетный магнитофон

Французский физик Луи Неель

Farabola/Wikimedia Commons/Valeria Lante/Flickr/Indicator.Ru

Как спасти суда от магнитных мин, найти теоретическое обоснование для существования кассетного магнитофона и создать один из крупнейших в мире научных конгломератов, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Луи Эжен Феликс Неель

Родился: 22 ноября 1904 года, Лион, Франция.

Умер: 17 ноября 2000 года, Брив-ла-Гайард, Франция.

Нобелевская премия по физике 1970 года (1/2 премии, вторую половину получил Ханнес Альфвен). Формулировка Нобелевского комитета: «За фундаментальные труды и открытия, которые касаются антиферромагнетизма и ферромагнетизма и которые повлекли за собой важные приложения в области физики твердого тела (for fundamental work and discoveries concerning antiferromagnetism and ferrimagnetism which have led to important applications in solid state physics)».

Наш герой прожил длинную и интересную жизнь. Она целиком уложилась в XX век — без первых четырех его годов. Недаром одна из последних книг Луи Нееля, написанная им в конце жизни (в возрасте 87 лет), так и называлась — «Век физики» (Un siècle de physique). Но на самом деле жизнь одного из самых влиятельных специалистов по прикладному магнетизму продолжается до сих пор — в его любимом пригороде Гренобля, который превратился в настоящий Город науки. Но обо всем по порядку.

Отца нашего героя тоже звали Луи Неель. Он руководил одной из лионских гражданских служб. Мать его звали Мария-Антуанетта (в девичестве Хартмайер). Судя по всему, Луи-младший получил очень неплохое среднее образование, поскольку сумел поступить в знаменитую Эколь Нормаль Супериор, которую и окончил в 1928 году, после чего, поработав немного там лектором, отправился аспирантом в Страсбург, под начало Пьера Эрнеста Вейса.

Пьер Вейс

Wikimedia Commons

В общем, это и определило всю дальнейшую жизнь нашего героя: Вейс был, наряду с братьями Кюри, одним из пионеров «практического» изучения магнетизма. Магнитная восприимчивость ферромагнетика выше точки Кюри (в парамагнитной области) описывается законом Кюри — Вейса. Вейс к тому времени был корифеем магнетизма, он смог многое объяснить эмпирически, но теоретическое объяснение магнетизму дал уже другой физик — Вернер Гейзенберг. Он смог показать, как на микроуровне устроены диамагнетики, которые отталкиваются внешним магнитным полем (например, сурьма), парамагнетики, которые, наоборот, намагничиваются во внешнем магнитном поле в его направлении и слегка притягиваются внешним магнитным полем, и ферромагнетики, которые могут сохранять намагниченность и в отсутствие внешнего поля.

Гейзенберг понял, что в ферромагнитных веществах соседние атомы взаимодействуют таким образом, что их магнитные поля имеют тенденцию ориентироваться в одном и том же направлении, что и приводит к ферромагнитным свойствам.

Неель, познакомившись с теорией Гейзенберга и опираясь на нее, предположил, что в некоторых веществах в результате взаимодействия соседних атомов их магнитные поля ориентируются в противоположных направлениях. Он предположил, что кристаллическую решетку подобных веществ можно рассматривать как две независимые взаимопроникающие подрешетки, каждая из которых состоит из атомов с одинаково ориентированными магнитными полями. Подобная ориентация приводит к тому, что ниже некоторой температуры, ныне известной как точка Нееля, поля погашают друг друга, давая нулевую намагниченность. Однако выше точки Нееля начинают проявляться парамагнитные эффекты. Подобные вещества были обнаружены в 1937 году, а уже после войны, в 1949 году, теорию Нееля удалось подтвердить при изучении дифракции нейтронов.

Но исследования Нееля прервала война. Ему пришлось заняться защитой кораблей от магнитных мин, и он нашел оригинальный способ намагничивать корпус корабля «в соответствии с магнитным полем Земли», для того чтобы их не «замечали» мины.

К слову, за свои военные заслуги по магнитной защите кораблей Неель уже в 36 лет стал кавалером ордена Почетного легиона. В данном случае, кстати, «кавалер» — это не воинская награда, а первая ступень членства в ордене, созданном Наполеоном Бонапартом по примеру рыцарских орденов. И за свою жизнь Неель прошел все ступени: кавалер, офицер, командор, великий офицер, кавалер Большого креста.

После войны, в 1945 году, Неель перешел в Гренобльский университет, с которым будет связано еще более полувека его жизни.

Именно там Неель предположил, что существует еще одна форма взаимодействия с магнитным полем и намагничивания — феррИмагнетизм. Минералы из группы ферритов, в которые входит магнитный железняк, проявляют аномальные свойства, если сравнивать с ферромагнетиками.

Неель показал, что в ферримагнитных веществах магнитные поля двух решеток имеют разную величину, так что проявляется результирующий магнитный эффект. А магнетит и подобные ему вещества вообще обладают не двумя, а тремя решетками, две из которых компенсируют друг друга.

Работы Нееля были не просто теорией твердого тела и теорией взаимодействия твердого тела с магнитным полем. Именно ферриты, которые не являются проводниками, стали основой магнитной ленты, породив эпоху кассетных магнитофонов, устройств компьютерной памяти (привет, дискеты) и так далее. Поэтому Нобелевская премия 1970 года была ожидаемой. Однако, пожалуй, самым важным деянием нашего героя стало создание франко-германского реактора с большой плотностью потока в Гренобле, которое в итоге привело к появлению знаменитого Научного полигона в Гренобле, разросшегося до очень крупного конгломерата больших научных установок, включая источник синхротронного излучения European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), где работает много и наших соотечественников.

ESRF

Wikimedia Commons

…В 2007 году на территории созданного Неелем Научного полигона объединились четыре исследовательских лаборатории. Так появился новый исследовательский институт по физике конденсированных сред, и вот уже 13 лет он носит название «Институт Нееля».