Kvarkadabrin fokus: Izsledki o superprevodnosti fulerenov

    Pred tednom dni je v reviji Science izšel članek, v katerem skupina znanstvenikov poroča o meritvah superpevodnosti v Cs3C60. Izsledki so še posebno zanimivi, saj kažejo na podobnost tega sistema z visokotemperaturnimi superprevodniki. Med avtorji članka sta tudi dva slovenska raziskovalca mlajše generacije,  dr. Peter Jeglič, podoktorski sodelavec na  Odseku za fiziko trdne snovi Instituta Jožef Stefan v Ljubljani ter doc. dr. Denis Arčon, s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in z Instituta Jožef Stefan. Izsledke postavljamo v Kvarkadabrin fokus. Denis Arčon nam je z odgovori na standarden spisek vprašanj pojasnil pomen izsledkov, kakšne so bile ovire, na katere so naleteli tekom raziskovanja, in v katero smer jih bo morda zapeljalo v prihodnosti.

    Kaj? (Referenca)
    “The Disorder-Free Non-BCS Superconductor Cs3C60 Emerges from an Antiferromagnetic Insulator Parent State”, Science 323, 1585 (2009)

    Kdo? (Avtorji)
    Yasuhiro Takabayashi, Alexey Y. Ganin, Peter Jeglič, Denis Arčon, Takumi Takano, Yoshihiro Iwasa, Yasuo Ohishi, Masaki Takata, Nao Takeshita, Kosmas Prassides, Matthew J. Rosseinsky. Raziskovalci so z inštitucij v Veliki Britaniji (univerzi v Durhamu in Liverpoolu), na Japonskem (Tohoku University, ter SPring-8, Hyogo in Nanoelectronics Research Institute, Tsukuba) in v Sloveniji ( Oddelek za fiziko FMF, Univerza v Ljubljani in Odsek za fiziko trdne snovi, Institut Jožef Stefan)

    Kje? (“slovenska”, “evropska” ali “svetovna” raziskava?)
    “Evropska” raziskava, a pomemben del je bil narejen v Sloveniji, saj smo z NMR meritvami in njihovo razlago prispevali ključni rezultat: Cs3C60 je pod normalnimi pogoji izolator.

    Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu…?)
    Superprevodnost je pojav, ko električna upornost snovi pri določeni temperaturi skokovito pade na nič. Za večino snovi so te temperature izredno nizke, na primer pod -230oC. Pred dobrimi 20 leti pa so odkrili družino visokotemperaturnih superprevodnikov na osnovi baker-oksidnih plasti, ki imajo temperature prehoda iz navadnega v superprevodno stanje vse tja do -120 oC (ali nižje). Zakaj je temperatura prehoda pri tej družini tako visoka, je še vedno predmet raziskav. A dejstvo je, da pojava superprevodnosti pri njih ne moremo pojasniti s klasično BCS teorijo superprevodnosti. Mi smo pokazali, da ima z zgoraj omenjena družina snovi vrsto podobnosti s fulerenskim sistemom Cs3C60 (fuleren C60 je skoraj okrogla molekula podobna nogometni žogi s 60 ogljikovimi atomi v  ogljiščih).  Fulerenski sistem Cs3C60 ima tako osnovno stanje, ki je izolatorsko ter antiferomagnetno pod -227 oC, medtem ko postane kovina in superprevodnik pod -235 oC šele pri zvišanem tlaku. Bližina izolatorskega in superprevodnega stanja je značilna za sisteme, kjer so sile med elektroni izredno pomembne in verjetno odločilne za pojav superprevodnosti pri visokih temperaturah. Dodatna dobra lastnost Cs3C60 je, da se sama kristalna struktura pri prehodu ne spreminja. Zato smo predlagali, da je edini faktor, ki določa lastnosti materiala, razdalja med molekulami C60.

    Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
    Raziskave so potekale skoraj celo leto v tesnem sodelovanju z Univerzo v Liverpoolu in Univerzo v Durhamu. Naša osnovna naloga je bila, da pokažemo, ali je Cs3C60 pri normalnih pogojih (to je pri normalnem tlaku) kovina ali izolator. Tega smo se lotili z meritvami z jedrsko magnetno resonanco v laboratorijih Inštituta Jožef Stefan, Odsek za fiziko trdne snovi. Glavna težava, na katero smo naleteli, je da ima Cs3C60 vrsto polimorfnih faz, ki so si zelo podobne po strukturi (torej po načinu, kako so molekule C60 in atomi cezija zloženi skupaj v kristalno strukturo), a s povsem različnimi lastnostmi. V tej fazi raziskav nas je zanimala točno določena struktura. Kako izolirati njen signal iz celotnega spektra je predstvaljal velik izziv.

    Kam?(Naslednja velika stvar na vašem področju?)
    Vzporedno z raziskovanjem fulerenskega sistema Cs3C60 , smo vstopili tudi v “bitko” za razumevanje superprevodnosti in magnetizma novih železovih visokotemperaturnih superprevodnikov. Februarja 2008 je bila v sistemu LaFeAsO1-xFx odkrita superprevodnost s temperaturo prehoda 26 K, kar je sprožilo raziskovalno mrzlico v fiziki trdne snovi. Že v nekaj tednih je temperatura prehoda narasla na 55 K, ko je bil La nadomešcen z drugimi elementi redkih zemelj. V približno letu dni raziskovanja, je bilo na to temo, na spletnem portalu objavljenih preko tisoc znanstvenih del. V našem prispevku

    Deli