Znanstvenici otkrili novo stanje tvari

Čvrsto, tekuće, plinovito i plazma. Susrećemo se s tim stanjima stvari, ili bar s prva tri, gotovo svakodnevno, no postoji nekoliko stanja koja se pojavljuju samo u ekstremnim uvjetima. A sad su znanstvenici koji proučavaju nekonvencionalne supervodiče rekli da su otkrili potpuno novo stanje tvari – metalnu fazu nazvanu Jahn-Tellerov metal. To bi mogli biti građevni blokovi molekule koji omogućuju provođenje struje pri visokim temperaturama. Rezultati su objavljeni u časopisu Science Advances.

Metali se koriste za prenos struje, ali zbog električnog otpora, energija se gubi pri visokim temperaturama. Supervodiči, s druge strane, prenose struju bez gubitka energije; elektroni se uparuju i kreću kroz superprovodljive materijale bez otpora. Ali, čak i tad konvencionalni superprovodljivi materijali zahtijevaju vrlo, vrlo nisku temperaturu.

Sada je veliki međunarodni tim pod vodstvom Kosmasa Prassidesa sa Sveučilišta Tohoku možda pronašao na koji bi metal provodio struju na višim temperaturama bez gubljenja topline. Tim je istraživao supervodič koji sadrži ione alkalnih metala i molekule sa 60 atoma ugljika povezanih u obliku plitkog, sferičnog kaveza fulerene. Nogometna lopta je oblikovana kao bakminsterfulerene je član obitelji fulerene.

Zašto je ovo tako uzbudljivo? Ako se ove proporcije potvrde, ovo novo stanje tvari trebalo bi pomoći pri boljem razumijevanju zašto neki materijali imaju potencijal za superprovodljivost na relativno visokim temperaturama (odnosno niskim), od −135 °C do −243,2 °C. Kako superprovodljivost dopušta materijalu da provodi struju bez otpora, što znači bez topline, zvuka ili bilo kojeg oblika otpuštanja energije, postignuće bi u ovom polju revolucioniralo način korištenja i proizvođenja energije, no moguća je jedino ako dostignemo te tzv. visoke temperature. Michael Byrne objašnjava da kad govorimo o stanjima tvari, ne treba se samo spominjati čvrsto, tekuće, plinovito i plazma, već moramo razmotriti i opskurna stanja koja se ne pojavljuju u prirodi nego su proizvedena u laboratoriju. Stanja poput Bose-Einsteinov kondenzat, degenerične tvari, superčvrstoće i supertekućine, kvark-gluon plazme itd.

Približavanjem rubidija i ugljika sa 60 molekula, tim pod vodstvom Prassidesa je uspio promijeniti u daljenost između njih, koja ih je spojila u novu, kristalnu strukturu. Dok su se nad tom kristalnom strukturom provođena ispitivanja, ona je pokazala kombinaciju izolacijskih, supervodljivih, metalnih i magnetskih faza, kao i ovu potpuno novu, koju su znanstvenici nazvali Jahn-Tellerov metal.

Ovo novo stanje tvari, nazvano prema Jahn-Tellerovom efektu koji se koristi u kemiji da bi se objasnilo kako se pri niskom tlaku mijenja geometrijski raspored molekula i iona u elektronskom stanju, omogućava znanstvenicima da transformiraju izolator (tvar koja ne provodi struju) u vodič jednostavnim dodavanjem tlaka.

Kad se primijeni pritisak na Jahn-Tellerovom metalu, ono što je nekad bio izolator, postaje metal uz pomoć Jahn-Tellerovog efekta koji iskrivljuje električnost, i taj efekt se zadrži neko vrijeme. Postoji mnogo slučajeva u kojima neki materijali izgledaju kao izolatori, ali njihovi se elektroni slobodno kreću, kao kod vodiča.

I baš je ta faza promjene iz izolatora u vodiča nešto što su dosad znanstvenici vidjeli te nagoviješta mogućnost mijenjanja izolacijskih materijala u nevjerojatno vrijedne superprovodljive materijale. A ta kristalna struktura to može činiti kod relativno visokih temperatura. „Odnos između prvotnog izolatora, normalnog metalnog stanja na visokoj temperaturi i superprovodljivog pogodnog mehanizma je ključno pitanje pri razumijevanju svih nekonvencionalnih super vodiča”, objašnjava tim.

Naravno, potrebno je još mnogo laboratorijskog rada prije nego što će ovo otkriće išta značiti za proizvodnju praktične energije u svijetu.