FOTO: IRB

SKUPINA hrvatskih znanstvenika objavila je u uglednom časopisu Nature Communications da je po prvi put potvrdila postojanje egzotičnog stanja elektrona koje prije njih nitko nije uspio eksperimentalno dokazati.

Otkriće je prije svega važno jer će poboljšati naše razumijevanje ponašanja elektrona u materijalima. Također, zbog tehnika koje su razvijene i korištene u studiji, ono predstavlja korak naprijed u istraživanju tzv. visokotemperaturne supravodljivosti - sposobnosti materijala da na relativno visokim temperaturama vode struju bez otpora - koja je svojevrsni 'sveti gral' moderne fizike čvrstog stanja. Supravodljivost se uobičajeno uspijeva postići samo na izuzetno niskim temperaturama bliskim apsolutnoj nuli. Ima mnoga izuzetno zanimljiva i vrijedna svojstva; primjerice primjenjuje u iznimno snažnim magnetima akceleratora čestica kao što je LHC u CERN-u, u uređajima za dobivanje snimaka unutrašnjosti ljudskoga tijela pomoću magnetske rezonancije MRI, gdje razlučivanje detalja ovisi o jakosti magnetskoga polja, u lebdećim vozilima poput Magleva, gdje supravodljivi magneti ugrađeni u vozila omogućavaju lebdenje iznad pruge, u razvoju nuklearne fuzije u kojoj su također važna izuzetno snažna magnetska polja itd.

Novi rad potpisuje ukupno pet znanstvenika - troje iz Zagreba i dvoje iz Dresdena. S hrvatske strane autori su dvoje doktoranada Damjan Pelc i Marija Vučković, te prof. Miroslav Požek, svi s Fizičkog odsjeka PMF-a.

Što je to hrvatsko-njemački tim otkrio?

Svima je poznata činjenica da velika većina tvari može postojati u tri agregatna stanja: plinovitom, tekućem i krutom. U principu je stupanj nereda atoma, odnosno molekula, najveći u plinovitom stanju (čestice plina prostorom se kreću nasumično), a najmanji u krutom stanju (čestice krutine uredno su poslagane i ne miču se mnogo). Tekuće stanje je negdje između te dvije krajnosti. Međutim, mnoge tvari mogu postojati i u različitim djelomično uređenim fazama između tekućine i krutine, poznatim kao 'tekući kristali'. Najjednostavnije je to razumjeti na primjeru hrpe zrna riže - možemo zamisliti takav raspored u kojem su sva zrna međusobno paralelna, ali svejedno nisu posložena ni u kakvu pravilnu strukturu. Tvari s takvim djelomičnim uređenjem tehnološki su vrlo važne i nalaze se, između ostalog, u ekranu svakog laptopa i mobitela.

Hrvatski znanstvenici u suradnji s kolegama iz Njemačke, u novoj su studiji otkrili da se i elektroni u nekim materijalima mogu organizirati u 'elektronske tekuće kristale'.

'Otprije se zna da elektroni u materijalima također mogu postojati kao elektronski plin, odnosno tekućina - što je slučaj kod metala, odnosno vodiča električne struje - ili pak kao elektronska krutina - što je slučaj kod materijala koji su električni izolatori. No djelomično uređene faze poput elektronskog tekućeg kristala do sada je bilo teško eksperimentalno opaziti zbog njihovih neobičnih svojstava', rekao je za Index Damjan Pelc s Fizičkog odsjeka na PMF-u u Zagrebu, jedan od autora istraživanja (na slici gore desno).

'U našem novom radu opisuje se otkriće upravo takve faze. Ona je opažena u keramičkom materijalu na bazi bakra i kisika, poznatom pod imenom LESCO (skraćeno od kemijske formule La1.8-xEu0.2SrxCuO4), uz pomoć specijalnih eksperimentalnih tehnika od kojih su neke u potpunosti razvijene na Fizičkom odsjeku. Ovo otkriće važno je prije svega zbog fundamentalnog razumijevanja ponašanja elektrona u materijalima, koje je unatoč stotinu godina modernih istraživanja još uvijek nepotpuno. Materijali slični LESCO-u posebno su zanimljivi zato što u njima elektroni rade razne nesvakidašnje stvari, od kojih je možda najvažnija supravodljivost - sposobnost da vode struju bez električnog otpora. Stoga je otkriće elektronskog tekućeg kristala važan korak u istraživanju kako tih materijala tako i općenito fizike elektrona u krutinama', pojasnio je naš fizičar.

Na izravne primjene ovog pronalaska trebat će malo pričekati jer se elektronski tekući kristali javljaju na temperaturama od oko -200°C. No postoje materijali u kojima bi te temperature mogle biti znatno više, što će otvoriti mogućnosti daljnjih istraživanja i njihove eventualne primjene.

'Inovativne eksperimentalne metode koje su upotrijebljene u našem radu mogu se primijeniti za istraživanje širokog spektra materijala i problema, između ostalog i na najvažnije pitanje fizike čvrstog stanja, visokotemperaturnu supravodljivost', kaže Pelc.

Više vremena za objavljivanje nego za istraživanje

Kao posebnu zanimljivost koja otkriva kako funkcionira svijet vrhunske znanosti i koliko je teško dobiti mjesto u uglednom časopisu, Pelc ističe činjenicu da je rad na istraživanju trajao kraće nego proces recenzije i dobivanja dozvole za objavljivanje rezultata.

'Mjerenja su obavljena još tijekom zime 2013. i proljeća 2014. Članak smo napisali dosta brzo tako da smo prvu verziju poznatijim časopisima poslali još tijekom ljeta 2014. Od tada pa do kolovoza ove godine trajao je proces recenzije i revizije. Pritom su recenzenti od nas tražili da obavimo još dosta dodatnih mjerenja koja bi potvrdila naše otkriće', rekao je Pelc.

Rad je konačno objavljen u jednom od najjačih časopisa svijeta za područje fizike, Nature Communications, koji ima faktor utjecaja IF = 11,5. Za usporedbu naš najpriznatiji znanstveni časopis Croatian Medical Journal, u svojim je najboljim danima imao IF = 1,5.