Mokslininkai sukūrė unikalų, egzotišką ir visiškai naują metalą: jau kambario temperatūroje vyksta kažkas panašaus į superlaidumą

Mokslininkai iš Masačiusetso technologijų instituto (MIT), Harvardo universiteto ir Lorenco Berklio nacionalinės laboratorijos paskelbė, kad sukūrė egzotišką ir visiškai naują medžiagą – „kagome“ metalą.

Tai elektrai laidus kristalinės formos metalas, kuris susideda iš geležies ir alavo atomų, bei yra išdėstytas atsikartojančioje Kagome gardelės struktūroje.

Fizikus jau keletas dešimtmečių žavi šis Kagome modelis bei hipotezė, kad jei metalo arba kitos laidžiosios medžiagos atomai gali būti išdėstyti tokiu būdu, gautoje medžiagoje gali būti egzotinių elektroninių savybių.

Kai elektros srovė buvo paleista per šį Kagome modelį mokslininkai nustatė, kad elektros srovė elgiasi labai neįprastai. Srovės elektronų srautas netekėjo tiesiai per visą gardelę, kaip kad buvo tikėtasi, bet srovės elektronai pasislinko į storus apvalius takus ir neprarasdami energijos judėjo išsilgai gardelės kraštų.

Nustatyta, kad šių elektronų elgsena yra panaši į kažką tokio, kas fizikoje vadinama kvantiniu Holo efektu. Šis reiškinys pastebimas dvimatėse medžiagose, kurios patenka į fizikos šaką nagrinėjančią kvantinę mechaniką.

Kvantinė mechanika yra fundamentali fizikos teorija, kuri apibūdina gamtą pačiose mažiausiose atomų ir subatomų dalelių skalėse. Tokiose skalėse objektai gali parodyti labai skirtingas savybes, tokias kaip bangų ir dalelių savitas charakteristikas tuo pačiu metu.

„Sukūrę kagomo geležies tinklą, kuris iš esmės yra magnetinis, egzotišką elgesį pastebėjome esant kambario ar aukštesnei temperatūrai“, – teigė MIT Fizikos mokslų daktaras Joseph‘as Checkelsky‘is. „Šios savybės gali mus nuvesti prie tobulo ateities medžiagų laidumo, kažko panašaus į superlaidumą.“

„Kagome“ metalo gamybos procesas

Kad galėtų pagaminti šį egzotišką metalą, komanda pirmiausiai geležies ir alavo miltelius kaitino 750 laipsnių pagal Celsijų temperatūroje. Tokioje temperatūroje geležies ir alavo atomai kristalizavosi ir sukūrė Kagome gardelės struktūrą. Tuomet šie kristalai buvo panardinami į ledo vonelę, todėl jie kambario temperatūroje išlaikė stabilumą.

„Kagome modelis turi didelę tuščią erdvę, kuri dažniausiai kristalinių kietų medžiagų atveju yra nestabili. Tokios medžiagos teikia pirmenybę paprastam atomų išsidėstytui“, – teigė tyrimo bendraautorė, MIT mokslininkė, Linda Ye. „Pagrindinis uždavinys buvo užpildyti šias tuščias erdves atomais, kurie būtų stabilūs bent jau esant aukštai temperatūrai. Kuriant šias kvantines medžiagas nereikalinga jokia alchemija, o svarbiausia yra medžiagų mokslas ir daug kantrybės.“

Tyrėjai ketina toliau tęsti šios srities tyrimus ir mano, kad panašūs metalai, kurie turėtų Kagome struktūrą, galėtų būti naudingi daugelyje sričių: nuo kvantinio skaičiavimo taikymo sričių iki elektros linijų, kurios neturėtų energijos nuostolių.