Международная команда учёных под руководством Космаса Прасидеса из японского Университета Токоху представила общественности новый материал с удивительной возможностью переходить в разные состояния – диэлектрик, суперпроводник, металл, магнит, и даже одно ранее неизвестное агрегатное состояние.

Науке известно уже довольно много состояний вещества. Кроме школьных твёрдого, жидкого и газообразного, есть ещё плазма, сверхтекучие жидкости и твёрдые тела, конденсат Бозе-Эйнштейна, кварк-глюонная плазма, глазма, сверхкритическая жидкость и ещё несколько экзотических вариантов, о которых знают только специалисты-физики. Большинство состояний практически не встречаются в естественной среде и были получены в лабораториях.

В их числе и новое состояние, в которое может переходить материал, полученный из молекул углерода-60, известных как фуллерены или бакиболы. Они представляют собой выпуклые замкнутые многогранники, напоминающие футбольный мяч.

Мячики сдобрены атомами рубидия, которые регулируют расстояния между бакиболами и влияют на свойства материала. Благодаря им вещество может, в частности, переходить в новое состояние, названное «металлом Яна-Теллера», в честь эффекта Яна-Теллера, который связан с взаимодействием орбитальных состояний электронов и искажений поля кристаллической решётки. Приближённо говоря, увеличение давления в материале приводит к резкому повышению его электропроводимости.

Только в данном случае регулирование давления осуществляется не физически, при помощи тисков и прессов, а химически – при помощи изменения состава вещества, которые регулируют расстояния между его молекулами, и, фактически, эмулируют изменение давления. При этом в переходном состоянии вещество становится похожим одновременно и на диэлектрик, и на проводник.

«Что удивляет нас в этом переходе между металлом и диэлектриком, это пограничное состояние, которое никогда ранее не наблюдалось,– пишет редактор Physics World. – Исследователи назвали это состояние „металлом Яна-Теллера“, поскольку при исследовании вещества при помощи инфракрасной спектроскопии видно, что форма фуллеренов искажается, что обычно происходит только в диэлектриках. При этом, измерение ядерного магнитного резонанса показывает, что электроны прыгают с одной молекулы на другую, что является признаком проводника».

Сверхпроводимость в материалах появляется благодаря эффекту парного взаимодействия электронов, объединяющихся в т.н. «куперовские пары». Для «обычных» сверхпроводников этот эффект изучен довольно хорошо – в них происходит электрон-фононное взаимодействие (взаимодействие электронов с квазичастицами – квантами колебания кристаллической решётки). В результате пары электронов начинают притягиваться друг к другу. Всё это происходит при чрезвычайно низких температурах.

В изучаемом материале сверхпроводимость возникала при температуре в 35К, и как раз в том промежуточном состоянии, которое назвали металлом Яна-Теллера. Учёным пока неизвестен механизм возникновения пар электронов в этом состоянии – ясно только, что он отличается от механизмов «обычных» сверхпроводников. Мэтью Россейнский, один из исследователей в команде, сравнил поведение этого вещества с купратами, высокотемпературными сверхпроводниками. Максимальная температура, при которой зафиксирована сверхпроводимость у купратов (135К), получена у вещества HgBa₂Ca₂Cu₃O₈+x, открытого в 1993 году физиками МГУ Путилиным и Антиповым.

Дальнейшее изучение свойств нового материала потенциально способно пролить свет на свойства сверхпроводников и в будущем может помочь, наконец, получить вожделенные материалы, обладающие сверхпроводящими свойствами при комнатных температурах.