Ново състояние на материята в кристали, направени от фулерени

Международен екип учени под ръководството на Космас Прасидес (Kosmas Prassides) от японския университет в Тохоку е представил ново метално състояние на материята с невероятната способност да преминава в различни състояния – диелектрик, свръхпроводник, метал, магнит и дори неизвестно досега агрегатно състояние.

Науката познава доста състояния на веществата. Освен познатите от учебниците твърдо, течно и газообразно, има още плазма, свръхфлуиди и твърди тела, кондензат на Бозе-Айнщайн, кварк-глуонна плазма, глазма, свръхкритичен флуид и още няколко екзотични варианта, за които само физиците си знаят.

Повечето състояния практически не се срещат в естествена среда и са били получени лабораторно.

Сред тях е и ново състояние, в което може да преминава материал, получен от молекулите на въглерод-60, известни като фулерени, или бъкиболи.

Екипът е открил новото състояние след промяна на разстоянието между съседните бъкиболи от обогатяването на материала с рубидий. Проучването разкрива, че материалът има богата комбинация от изолационни, магнитни, метални и свръхпроводящи фази – включително непознато досега състояние, което учените са нарекли „Ян-Телер метал“, в чест на ефекта на Ян-Телер.

Този ефект е свързан с взаимодействието на орбиталните състояния на електроните и изкривяването на полето на кристалната решетка. Казано иначе, увеличението на налягането в материала води до рязко повишение на неговата електропроводимост.

В дадения случай регулирането на налягането се осъществява не физически, а химически – чрез изменение на състава на веществото, което регулира разстоянията между неговите молекули, и фактически емулира изменението на налягането. В преходно състояние веществото става подобно едновременно и на диелектрик, и на проводник.

Това, което учудва в този преход между метал и диелектрик, е междинно състояние, което никога преди не е наблюдавано, пише Physics World. Изследователите са нарекли това състояние „Ян-Телер метал“, тъй като при изследването на веществото с инфрачервена спектроскопия е видно, че формата на фулерените се изкривява, което обикновено протича само в диелектриците. Измерванията показват, че електроните скачат от една молекула на друга, което се явява признак на проводник.

Свръхпроводниците са голяма и разнообразна група от материали с нулево съпротивление на електричеството, когато са охладени до критични температури. Свръхпроводимостта в материалите се появява благодарение на взаимодействието на електроните, обединени в т.нар. Куперови двойки.

За „обикновените“ проводници този ефект е изучен доста добре – в тях протича електрон-фононно взаимодействие (взаимодействие на електроните с квазичастици – вибрации на кристалната решетка). В резултат двойките електрони започват да се привличат. Всичко това протича при изключително ниски температури.

В изучавания материал свръхпроводимост възникнала при температура 35К във въпросното междинно състояние, което физиците нарекли Ян-Телер метал. Механизмът на възникване на двойките електрони в това състояние още не е известен на учените – ясно е само, че той се отличава от механизма на „обикновените“ свръхпроводници.

Матю Росеински (Matthew Rosseinsky), един от изследователите в екипа, е сравнил поведението на това вещество с купратите – високотемпературни свръхпроводници. Максималната температура, при която е фиксирана свръхпроводимост при купратите (135К), е получена при веществото HgBa2Ca2Cu3O8+x, открита през 1993 година.

Бъдещото изучаване на свойствата на новото състояние е потенциално способно да хвърли светлина на свойствата на свръхпроводниците и в бъдеще може да помогне за получаването на жадуваните материали, притежаващи свръхпроводящи свойства при стайни температури.

Изследването е публикувано в изданието Science Advances.