 Международная исследовательская группа под руководством профессора Космаса Прассидеса из университета Тохоку исследовала электронные свойства семейства нетрадиционных сверхпроводников на основе фуллеренов, которые имеют наивысшую известную критическую температуру сверхпроводящего перехода (Tc) среди молекулярных сверхпроводников.
Команда смогла продемонстрировать руководящее влияние электронного строения молекул в управлении сверхпроводимостью и достижения максимальной критической температуры, открывая путь к новым возможностям в поисках новых молекулярных сверхпроводников с улучшенными показателями качества.
Металлы используются для передачи электроэнергии, но энергия теряется в виде тепла из-за электрического сопротивления. Сверхпроводники не имеют электрического сопротивления и может переносить электричество без потери энергии, поэтому важно найти такие сверхпроводники, которые могли бы работать на самой высокой возможной температуре.
Большинство сверхпроводников имеют простую конструкцию из атомов. Но в последнее время были обнаружены сверхпроводники, изготовленные из молекул, расположенных в обычных твердых структурах.
Работа членов команды на молекулярных системах на основе фуллерида ранее привели к открытию наивысшей рабочей температуры (при 38 К) для молекулярного сверхпроводника. Электронное состояние, которое находится в конкуренции со сверхпроводимостью, при обнаружении оказалось магнитоупорядоченным. И сверхпроводящее состояние с нулевым сопротивлением может быть включен с помощью настройки точного расположения молекул С60 в твердом веществе под внешним давлением. Управляющая роль электронного строения молекул была определена при демонстрации того факта, что родительское изоляционное состояние включает в себя искажения Яна-Теллера в молекулярных анионах, что производит к магнетизму, из которого образуется сверхпроводимость.
Исследовательская группа впервые стала работать над изучением отношения между изолятором, нормальным металлическим состоянием выше критической температуры и механизмом сверхпроводящего спаривания в новом семействе фуллереновых материалов под химическим давлением. Это ключевой вопрос для понимания всех нетрадиционные сверхпроводников, в том числе купратов, железных пниктидов и тяжелых систем фермионов.
Их работа представила новое состояние материи - металл Яна-Теллера - и показала, что, при оптимизации баланса между молекулярными и расширенными характеристиками решетки электронов на уровне Ферми достигается наивысшая достижимый температура начала сверхпроводимости.
Поскольку синтетическая химия позволяет создавать новые молекулярные электронные структуры, отличные от других структур атомов и ионов, доминирующих в наиболее известных сверхпроводниках, в настоящее время наблюдается сильная мотивация к поиску новых молекулярных сверхпроводящих материалов.
Примечания
Фуллерены представляют собой молекулы, состоящие из четного числа атомов углерода, расположенных над поверхностью полого замкнутой клетки. С60 (бакминстерфуллерен), имеющий форму футбольного мяча, является архетипическим членом семьи фуллерена и может рассматриваться в качестве третьего аллотропа углерода после графита и алмаза. Британские и американские ученые получили Нобелевскую премию по химии в 1996 году за открытие фуллеренов.
Сверхпроводники не имеют электрического сопротивления и могут провоить электричество без потери энергии. Температура, при которой сопротивление становится равным нулю, называется критической температурой для начала сверхпроводимости. В сверхпроводящих материалах действует мощная сила притяжения между электронами, которые могут перемещаться по всему материалу без сопротивления.
Теорема Яна-Теллера утверждает, что для любого вырожденного электронного состояния, связанного с молекулярной электронной конфигурацией, возникнут какие-либо электронно-колебательные взаимодействия, которые приводят к молекулярным искажениям. Отрицательно заряженный молекулярный ион С60 может подвергаться искажению Яна-Теллера путем перестройки его молекулярной структуру от его идеальной симметрии икосаэдра.
|
