Физики создали «невозможный» металл для технологий будущего

Листайте вправо, чтобы увидеть больше изображений

Международная группа исследователей под руководством Осакского столичного университета совершила прорыв в физике конденсированного состояния. Им удалось синтезировать и изучить материал, который сохраняет металлические свойства и проводит электричество даже при сверхнизких температурах, несмотря на условия, которые должны были превратить его в изолятор. Результаты исследования могут проложить путь к созданию революционной электроники и квантовых технологий, пишет Phys.org.

В обычных металлах электроны движутся свободно. Однако в так называемых «сильно коррелированных материалах» взаимодействие между электронами становится настолько сильным, что они «застревают» на месте. Это явление, известное как переход Мотта, превращает проводник в изолятор.

Синтезированный командой фуллерид иттербия-цезия (Yb₂CsC₆₀) оказался особенным. В этом соединении электронные полосы почти полностью заполнены, за исключением одной «дырки» — отсутствующего электрона. Ключевую роль здесь сыграл квантовый эффект связи Хунда. Обычно он способствует локализации электронов, но в данном случае, из-за почти полной заполненности зон, он, наоборот, помог электронам оставаться подвижными. Это позволило материалу подавить переход Мотта и сохранить высокую электропроводность даже при криогенных температурах.

Несмотря на наличие сильных корреляций, недавно синтезированный фуллерид (в рамке) продолжает вести себя как слабый металл, переходя в изоляционное состояние и продолжая проводить электроны даже при восстановлении до криогенных температур. Для сравнения показаны другие материалы.

Явление хорошо изучено в соединениях переходных металлов, где электроны занимают d-орбитали. Однако для молекулярных систем «легких элементов», таких как фуллериды с их p-орбиталями, оно оставалось практически неисследованным.

Главный вывод исследователей заключается в том, что поведение сильно коррелированных молекулярных систем с p-электронами аналогично поведению хорошо изученных d-электронных материалов. «Мы обнаружили неожиданные сходства между двумя основными классами квантовых материалов», — комментирует профессор Денис Аркон.

Ученые считают, что их работа дает новое фундаментальное понимание таких концепций, как связь Хунда и квантовая материя. Кроме того, новый орторомбический фуллерид может стать ключом к обнаружению нетрадиционной сверхпроводимости в родственных молекулярных системах, что открывает захватывающие перспективы для будущей электроники и энергетики.

Ранее физики измерили вес нейтронной звезды. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.