Ο μωβ χαλκός (Lithium molybdenum purple bronze) έχει την πρωτοφανή ικανότητα να αλλάζει μεταξύ ηλεκτρικών καταστάσεων, να γίνεται μονωτής ή αγωγός ανάλογα με μικρές αλλαγές στις φυσικές συνθήκες, αναφέρει ο Stephen Luntz στο Iflscience, βασιζόμενο στην έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Science.
Αξιοπερίεργο είναι το γεγονός ότι ο μωβ χαλκός δεν περιέχει κανένα από τα στοιχεία του γνωστού για τις ιδιότητές του μετάλλου, που καθόρισε μια εποχή. Η πλήρης ονομασία του είναι μωβ χαλκός λιθίου-μολυβδαινίου και ο χημικός του τύπος είναι Li0.9Mo6O17.
Αυτός ο συνδυασμός στοιχείων μπορεί να μην αποδειχθεί τόσο σημαντικός για την εποχή της κβαντικής επεξεργασίας δεδομένων, τουλάχιστον όσο ήταν ο χαλκός πριν από 4.000 χρόνια, αλλά θα μπορούσε να προσφέρει νέα δεδομένα σε αυτά που μέχρι σήμερα γνωρίζαμε.
Στη στέρεά του κατάσταση, ο μωβ χαλκός έχει ήδη εγείρει το ενδιαφέρον των επιστημόνων για τον τρόπο με τον οποίο οι τρισδιάστατοι κρύσταλλοί του συμπεριφέρονται σαν μονοδιάστατο μέταλλο. Μετά την ανακάλυψη του πόσο εύκολα μπορούν να αλλάξουν οι ηλεκτρικές του ιδιότητες, το ενδιαφέρον αυξάνεται.
Κοντά σε μηδενικές θερμοκρασίες ο μωβ χαλκός καθίσταται συχνά υπεραγωγός, εκμηδενίζοντας κάθε αντίσταση σε ό,τι αφορά τη ροή του ηλεκτρισμού. Παρόλο που αυτό ισχύει για ένα διευρυνόμενο φάσμα υλικών, ο μωβ χαλκός μετατρέπεται από υπεραγωγός σε μονωτή Mott με μια μικρή μόνο αλλαγή της θερμοκρασίας ή ακόμη και με έκθεση στο φως (οι μονωτές Mott είναι υλικά που η θεωρία λανθασμένα προβλέπει ότι αγωγούν τον ηλεκτρισμό). Με την αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα φυσιολογικό επίπεδο για τον άνθρωπο, μετατρέπεται σε κανονικό αγωγό.
Όπως αναφέρεται, εάν το Διαδίκτυο είναι απλώς μια σειρά από σωλήνες, οι υπολογιστές μπορούν να θεωρηθούν ως κάτι περισσότερο από μια σειρά διακοπτών. Η βιωσιμότητα της επανάστασης της κβαντικής πληροφορικής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ικανότητα να ανοιγοκλείνουν πολλοί διακόπτες με ευκολία, καθιστώντας τις ιδιότητες του μωβ χαλκού σημαντικές.
Shutterstock
«Το αξιοσημείωτο ταξίδι ξεκίνησε πριν από 13 χρόνια στο εργαστήριό μου, όταν δύο διδακτορικοί φοιτητές, ο Xiaofeng Xu και ο Nick Wakeham, μέτρησαν τη μαγνητοαντίσταση - την αλλαγή της αντίστασης που προκαλείται από ένα μαγνητικό πεδίο - του μωβ χαλκού», ανέφερε σε δήλωσή του ο καθηγητής Νάιτζελ Χάσεϊ του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ.
Χωρίς μαγνητικό πεδίο, ο μωβ χαλκός συμπεριφέρεται ως δίοδος, επιτρέποντας στο ρεύμα να περνάει προς μία κατεύθυνση, αλλά όχι προς άλλη. Στη συνέχεια, έρχεται η ασυνήθιστη αντίδραση στη θερμοκρασία που από υπεραγωγός μετατρέπεται σε μονοτής.
Τα μαγνητικά πεδία τείνουν να περιπλέκουν τα πράγματα, αλλά σε αυτή την περίπτωση η ομάδα διαπίστωσε το αντίθετο. Σε ένα μέτρια ισχυρό μαγνητικό πεδίο, η αγωγιμότητα του μωβ χαλκού ακολουθεί με γραμμικό τρόπο τη θερμοκρασία μέχρι να ξεκινήσει η υπεραγωγιμότητα.
«Στην αποτυχία να βρεθεί μια συνεκτική εξήγηση για αυτή την αινιγματική συμπεριφορά, τα δεδομένα παρέμειναν αδρανή και αδημοσίευτα για τα επόμενα επτά χρόνια. Μια τέτοια παύση είναι ασυνήθιστη στην κβαντική έρευνα, αν και ο λόγος δεν ήταν η έλλειψη στατιστικών στοιχείων», πρόσθεσε ο Χάσεϊ.
Ο ίδιος, όμως, συνάντησε τον δρ. Πιοτρ Τσουντίνσκι, ο οποίος είχε μια θεωρία ότι η συμπεριφορά του χαλκού θα μπορούσε να αποδοθεί στα «σκοτεινά εξιτόνια» - αντικείμενα που συμπεριφέρονται σαν σωματίδια, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι σωματίδια - και στον τρόπο που αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια. Οι δυο επιστήμονες προχώρησαν σε πειράματα που το επιβεβαίωσαν αυτό.
Η συνεργασία αυτή κατέδειξε το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του «μωβ» υλικού. Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, μπορεί να υπάρχει η ίδια πιθανότητα (50-50) ο μωβ χαλκός να είναι υπεραγωγός ή μονωτής. Με τις δύο αντίθετες καταστάσεις να διαχωρίζονται από ένα τόσο λεπτό φράγμα, είναι πολύ εύκολο να μεταπηδήσει από τη μία στην άλλη, και πάλι πίσω.
Όταν οι ουσίες παγώνουν, χάνουν τη συμμετρία τους. Ο μωβ χαλκός κάνει κάτι παρόμοιο, όσον αφορά την ηλεκτρική του συμπεριφορά, αλλά παραδόξως ανακτά τη συμμετρία του όταν οι συνθήκες είναι αρκετά ψυχρές.
«Μια τέτοια φυσική συμμετρία είναι μια ασυνήθιστη κατάσταση και η ανάπτυξη μιας τέτοιας συμμετρίας σε ένα μέταλλο καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, εξ ου και ο όρος "αναδυόμενη συμμετρία", θα αποτελούσε παγκόσμια πρωτοτυπία», δήλωσε ο Χάσεϊ.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συμμετρία του μωβ χαλκού με τρεις κρυστάλλους του υλικού, με αποτέλεσμα δύο να έγιναν υπεραγώγιμοι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και ένας όχι. Η διερεύνηση των κοινών χαρακτηριστικών και των διαφορών αυτών των δειγμάτων βοηθά στην ανακάλυψη των αιτιών της παράξενης αυτής συμπεριφοράς.
«Φανταστείτε ένα μαγικό κόλπο όπου ένα θαμπό, παραμορφωμένο σχήμα μεταμορφώνεται σε μια όμορφη, τέλεια συμμετρική σφαίρα», δήλωσε ο Τσουντίνσκι. «Αυτή είναι, με λίγα λόγια, η ουσία της αναδυόμενης συμμετρίας. Η συγκεκριμένη φιγούρα είναι το υλικό μας, ο μωβ χαλκός, ενώ ο μάγος μας είναι η ίδια η φύση».
