Fra rigelige kulbrinter til sjældne spinvæsker

Brændstof som benzin består af kulbrinter - en familie af molekyler, der udelukkende består af kulstof og brint. Pigment og farvestof, kul og tjære består også af kulbrinter.

Disse almindelige, rigelige materialer, undertiden endda forbundet med affald, anses ikke ofte for at være elektronisk eller magnetisk interessant. Men et internationalt forskerhold, ledet af professor Kosmas Prassides fra Tohoku University i Japan og professor Matthew J. Rosseinsky fra University of Liverpool i U.K., har gjort et betydeligt fund.

Holdet opdagede for nylig, hvordan man tager sådanne carbonhydridmolekylære komponenter, klæde dem på med elektroner, som hver især bærer et lille kompas-et uparret spin-og pakker dem sammen som småkager i en kasse for at skabe en kvantespinnevæske-en længe søgt hypotetisk tilstand.

Det var i 1973, at eksistensen af ​​kvante -spin -væsker først blev teoretisk foreslået. I konventionelle magneter, elektronens rotation - de bittesmå magneter - fryser ved afkøling, når de flugter parallelt eller parallelt med hinanden (fig. 1 til venstre). I modsætning, centrifugeringen i en kvante -spin -væske stopper aldrig med at svinge, tilfældigt og stærkt, selv ved den laveste temperatur på absolut nul. Hvert individuelt spin peger samtidigt langs et uendeligt antal retninger og er meget sammenfiltret med andre spins, selv dem langt væk (fig. 1 til højre). Som sådan, dette hav af elektronspins forudsiges at være vært for mange eksotiske fænomener af både grundlæggende og teknologisk interesse.

Imidlertid, eksperimentel erkendelse af denne unikke fuldstændig sammenfiltrede tilstand er hidtil uopfyldt. På trods af en fire årti lang søgning, der er meget få kvante -spin -flydende kandidater. Nuværende muligheder inkluderer visse uorganiske kobbermineraler og nogle organiske salte, som indeholder sjældne, tunge eller giftige elementer.

I resultater offentliggjort i to back-to-back papirer den 24. april i tidsskriftet Naturkemi , holdet kom med den nye kemi, der var nødvendig for at fremstille krystallinske materialer med høj renhed fra reaktionen af ​​polyaromatiske kulbrinter (fig. 2) med alkalimetaller for første gang.

Materialer fremstillet af polyaromatiske kulbrinter (molekyler med mange aromatiske ringe) blev tidligere foreslået som kandidater til nye superledere - materialer uden elektrisk modstand og i stand til at transportere elektricitet uden at miste energi - uden giftige eller sjældne elementer. Imidlertid, ødelæggelse af de molekylære komponenter i de anvendte syntetiske behandlinger havde hæmmet enhver fremgang på dette område.

"Fjernelse af den eksisterende syntetiske vejspærring har ført til meget spændende udviklinger, "siger professor Kosmas Prassides." Vi har allerede opdaget, at nogle af strukturerne i de nye materialer - udelukkende fremstillet af kulstof og brint, den enklest mulige kombination - vis hidtil usete magnetiske egenskaber - centrifugering af væske (fig. 3) - med potentielle anvendelser inden for superledning og kvanteberegning. "

”Det tog os mange års arbejde at nå vores gennembrud, "tilføjer professor Matthew Rosseinsky." Men i sidste ende, det lykkedes os ikke at udvikle én, men to komplementære kemiruter, som åbner vejen for en lang række nye materialer med endnu ukendte egenskaber. "