Azonosították a fullerid szupravezetők kölcsönhatásait

Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont három munkatársa, Kamarás Katalin akadémikus, Klupp Gyöngyi és Matus Péter elsőként azonosították egyértelműen az elektromos ellenállás nélküli áramvezető anyagok egyik új családjában fellépő ún. Jahn-Teller-kölcsönhatást. Eredményeikről a Nature Communications című folyóiratban számoltak be.

A szupravezetés jelenségének felfedezése Heike Kammerlingh Onnes holland fizikus nevéhez fűződik, aki 1911-ben higanyt hűtött folyékony hélium hőmérsékletére. 1957-ben John Bardeen, Leon Cooper és John Schrieffer fizikai Nobel-díjat kapott a jelenség elméleti magyarázatáért.

A felfedezés jelentőségét mutatja, hogy folyékony héliummal hűtött szupravezető mágneseket manapság számos területen használnak, például a gyógyászatban a mágneses rezonanciás képalkotás (MRI) során. „Széles körű alkalmazásukhoz azonban olyan szupravezetőkre van szükség, amelyek magasabb hőmérsékleten is működnek - mondta Kamarás Katalin, hozzátéve, hogy ma már több ilyen anyag is ismert, például a réztartalmú kuprátok vagy a vastartalmú pniktidek. - Ezekben nem könnyű feladat a szupravezetés mechanizmusát modellezni, hiszen a szerkezetük komplex, legalább négyféle, egymáshoz bonyolult kötésekkel kapcsolódó elemből állnak, amelyek esetenként rendezetlenül helyezkednek el. A futball-labda alakú C60 molekulákból alkotott szupravezető fulleridekben - amelyek kutatásával foglalkozunk - ellenben csak két elem, a szén és egy alkálifém található. Angliai vegyész kollégáinknak sikerült olyan fulleridet előállítani, amelyben a nagy szimmetriájú szerkezet a szupravezető állapotban sem változik. Így elég a normál állapotot tanulmányozni ahhoz, hogy megértsük az elektronok között fellépő kölcsönhatásokat."

A fizikusokból és kémikusokból álló csoport tagjai megfigyélték, ahogyan a cézium elektronokat ad át a fullerénmolekulának. A már fentebb említett tökéletes futballabda-alak  ezáltal igen kis mértékben, de megváltozik. Az először Hermann Jahn és Teller Ede által 1937-ben leírt és azóta Jahn-Teller-effektusként emlegetett torzulást  az optikai spektroszkópiai laboratóriumban a molekularezgések megváltozásán keresztül ki lehetett mutatni. A torzulás egyben azt is bizonyítja, hogy az elektronok a molekulatörzshöz kötődnek. „Ha a rendszert összenyomjuk, a molekulák közelebb kerülnek egymáshoz, az elektronok könnyebben mozognak közöttük, amivel fémes, majd lehűtve szupravezető állapot alakul ki. Mi ezt az állapotot a mostani kísérletek során ugyan nem vizsgáltuk, de minél jobban ismerjük a rendszert, annál valószínűbb, hogy a paraméterek megfelelő hangolásával változtatható az a hőmérséklet és nyomás, amelyen a szupravezetés jelentkezik, tehát a jelenség tartománya eltolható a gyakorlati felhasználás szempontjából kedvezőbb irányba" - magyarázta az akadémikus.

Az akadémiai intézet kutatóinak sikere egy klasszikus, „alulról építkező", nemzetközi összefogáson nyugvó felfedező kutatás eredménye. Mint Kamarás Katalin elmondta, egy konferencián találkozott a szupravezető fullerének egyik vezető kutatójaként ismert Kosmas Prassides professzorral, akit sikerült meggyőznie arról, hogy az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont infrastruktúrája és az ott felhalmozott tapasztalat nagyon jól kiegészítené az ő kutatásaikat.

Így két angliai csoporttal kezdtek közös munkába: a minták a Liverpooli Egyetemen készültek, míg a szerkezetvizsgálat a Durham Egyetem Kémia Tanszékén történt. „Nagyon intenzív, hasznos és élvezetes közös munka alakult ki a három kutatólabor között, amelynek első és reményeink szerint nem utolsó eredménye a Nature Communications hasábjain megjelent publikáció" - méltatta az együttműködést az MTA levelező tagja.