Die Physiker haben einen neuen Materiezustand erhalten, der die Geheimnisse der Supraleiter beleuchten kann

Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Cosmas Prasides von der Tokohu University of Japan präsentierte der Öffentlichkeit neues Material mit einer erstaunlichen Gelegenheit, in verschiedene Zustände zu wechseln - Dielektrikum, Supraleiter, Metall, Magnet und sogar einen zuvor unbekannten Aggregatzustand.

Die Wissenschaft kennt bereits einige Materiezustände. Neben festen, flüssigen und gasförmigen Schulmaterialien gibt es auch Plasma, superfluide Flüssigkeiten und Feststoffe , Bose-Einstein-Kondensat, Quark-Gluon-Plasma, Glazma, überkritische Flüssigkeit und verschiedene andere exotische Optionen, die nur Physiker kennen. Die meisten Bedingungen sind praktisch nicht in der natürlichen Umgebung zu finden und wurden in Laboratorien erhalten.

Darunter befindet sich ein neuer Zustand, in dem Material aus Kohlenstoff-60-Molekülen, bekannt als Fullerene oder Buckyballs, passieren kann. Sie sind konvexe geschlossene Polyeder, die einem Fußball ähneln.



Die Kugeln sind mit Rubidiumatomen aromatisiert, die den Abstand zwischen den Buckyballs regulieren und die Eigenschaften des Materials beeinflussen. Dank ihnen kann eine Substanz insbesondere zu Ehren des Jahn-Teller-Effekts , der mit der Wechselwirkung der Umlaufzustände von Elektronen und Verzerrungen des Kristallgitterfeldes verbunden ist, in einen neuen Zustand übergehen, der als Jahn-Teller-Metall bezeichnet wird . Grob gesagt führt ein Druckanstieg in einem Material zu einem starken Anstieg seiner elektrischen Leitfähigkeit.

Nur in diesem Fall erfolgt die Druckregelung nicht physikalisch mit einem Schraubstock und Pressen, sondern chemisch - durch Änderung der Zusammensetzung der Substanz, die den Abstand zwischen ihren Molekülen reguliert und tatsächlich eine Druckänderung nachahmt. In diesem Fall wird die Substanz im Übergangszustand gleichzeitig dem Dielektrikum und dem Leiter ähnlich.



„Was uns bei diesem Übergang zwischen Metall und Dielektrikum überrascht, ist ein Grenzzustand, der noch nie zuvor beobachtet wurde“, schreibt der Herausgeber von Physics World . - Forscher nannten diesen Zustand „Jahn-Teller-Metall“, da bei der Untersuchung einer Substanz mittels Infrarotspektroskopie deutlich wird, dass die Form der Fullerene verzerrt ist, was normalerweise nur bei Dielektrika der Fall ist. In diesem Fall die Messung der Kernspinresonanzzeigt, dass Elektronen von einem Molekül zum anderen springen, was ein Zeichen für einen Leiter ist. "

Die Supraleitung in Materialien tritt aufgrund des Effekts der paarweisen Wechselwirkung von Elektronen auf, die in der sogenannten vereinigt sind " Cooper Paare ." Für „gewöhnliche“ Supraleiter wurde dieser Effekt recht gut untersucht - die Elektron- Phonon- Wechselwirkung findet in ihnen statt (die Wechselwirkung von Elektronen mit Quasiteilchen - Quantengitter-Schwingungsquanten). Infolgedessen beginnen sich Elektronenpaare gegenseitig anzuziehen. All dies geschieht bei extrem niedrigen Temperaturen.

In dem untersuchten Material trat die Supraleitung bei einer Temperatur von 35 K und genau in dem Zwischenzustand auf, der als Jahn-Teller-Metall bezeichnet wurde. Wissenschaftler kennen den Mechanismus des Auftretens von Elektronenpaaren in diesem Zustand immer noch nicht - es ist nur klar, dass er sich von den Mechanismen "gewöhnlicher" Supraleiter unterscheidet. Matthew Rosseynsky, einer der Forscher im Team, verglich das Verhalten dieser Substanz mit Cupraten, Hochtemperatursupraleitern . Die maximale Temperatur, bei der die Supraleitung für Cuprate (135 K) beobachtet wurde, wurde für die Substanz HgBa2Ca2Cu3O8 + x erhalten, die 1993 von Physikern der Moskauer Staatsuniversität Putilin und Antipov entdeckt wurde.

Eine weitere Untersuchung der Eigenschaften des neuen Materials kann möglicherweise Aufschluss über die Eigenschaften von Supraleitern geben und könnte in Zukunft dazu beitragen, die gewünschten Materialien mit supraleitenden Eigenschaften bei Raumtemperatur zu erhalten.