Синтезирован «незамерзающий» углеродный металл — материал проводит ток в криокамере

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.