Осакские физики синтезировали фуллерид, проводящий ток при криогенных температурах

Физики создали материал, игнорирующий законы замерзания электронов

Международная группа исследователей под руководством Университета Осаки синтезировала соединение, которое бросает вызов фундаментальным принципам физики. Вопреки ожиданиям, новый материал — иттербий-цезиевый фуллерид (Yb₂CsC₆₀) — сохраняет металлические свойства даже при экстремально низких температурах, где обычные проводники превращаются в изоляторы.

Прорыв в квантовом поведении

В большинстве сильно коррелированных материалов охлаждение приводит к так называемому переходу Мотта: электроны теряют подвижность, и проводник становится диэлектриком. Ученым удалось обойти этот барьер, изменив архитектуру атомов в кристаллической решетке.

Ключевым элементом стала молекула углерода C₆₀, которая в новом соединении получила необычную валентность 5-. Это привело к образованию единственной вакантной «дырки» на верхних молекулярных орбиталях. Вместо того чтобы «замерзнуть» на месте, электроны подчинились квантовому правилу Хунда и сохранили способность к свободному перемещению. В результате материал остался полноценным металлом даже в условиях криогенной камеры.

Новая платформа для сверхпроводимости

Ранее подобная устойчивость к заморозке наблюдалась только у тяжелых переходных металлов с активными d-орбиталями. Команда профессора Космаса Прассидеса из Института Йозефа Стефана впервые экспериментально доказала, что легкие молекулярные системы с p-орбиталями способны полностью копировать это поведение.

Успешный синтез орторомбического фуллерида открывает базу для поиска нетрадиционной сверхпроводимости. Исторически контроль над квантовым поведением электронов привел к созданию кремниевых полупроводников и аппаратов МРТ. Новый материал предоставляет инженерам платформу для разработки энергоэффективной электроники и квантовых вычислительных систем.

Последствия для науки и технологий

• Открытие демонстрирует возможность создания проводников, работающих в экстремальных условиях без потери свойств.
• Иттербий-цезиевый фуллерид может стать основой для устройств, где критична стабильность при низких температурах.
• Результаты исследования публикуются в журнале Nature Communications.

По материалам: iXBT