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从可持续的碳氢化合物到旋转液

科技 2019-06-27 15:11:27

汽油等燃料由碳氢化合物组成 - 碳氢化合物是一个完全由碳和氢组成的分子族。颜料和染料,煤和焦油也由碳氢化合物组成。

这些常见的,丰富的材料,有时甚至与废物有关,通常不被认为是电子或磁性的。

但是,一个国际研究小组由领导马修J. Rosseinsky教授在大学的化学系和科斯马斯Prassides教授在日本东北大学取得了显著的发现。

该团队已经发现了如何采用这种碳氢化合物分子成分,用电子装饰它们,每个电子带有一个小指南针 - 一个不成对的旋转 - 并将它们像盒子里的饼干一起包装在一起以形成量子旋转液体 - 一个长期以来寻求的假设物质的状态。

量子自旋液体的存在首先在1973年被理论上提出。在传统的磁体中,电子自旋的运动 - 微小的磁体 - 在它们彼此平行或反平行排列时冷却。相比之下,即使在绝对零度的最低温度下,量子自旋液体中的自旋也不会随机且强烈地停止波动。

每个旋转点同时沿无数个方向旋转,并与其他旋转高度纠缠,即使是那些远离旋转的旋转。因此,预计这种电子旋转海洋将成为许多具有基本和技术意义的奇异现象的东西。

然而,这种独特的完全缠结状态的实验性实现至今仍未实现。尽管进行了长达四十年的搜索,但很少有量子自旋液体候选物。目前的选择包括某些铜无机矿物和一些有机盐,其中含有稀有,重质或有毒元素。

在“ 自然化学”杂志连续两篇论文中发表的研究结果中,该团队首次提出了从多环芳烃与碱金属反应制备高纯度结晶材料所需的新化学成分。

从多环芳烃(具有许多芳环的分子)获得的材料在过去被提出作为新超导体的候选物 - 没有电阻且能够在不损失能量的情况下携带电力的材料 - 没有有毒或稀有元素。然而,所用合成处理中的分子组分的破坏抑制了该领域的任何进展。

Matthew Rosseinsky教授说:“我们需要多年的努力来实现我们的突破。但最终,我们成功地开发了一条而不是两条互补的化学路线,这些路线开辟了通往各种未知特性的新材料。“

Kosmas Prassides教授说:“取消现有的合成路障导致了令人兴奋的发展。我们已经发现,新材料的一些结构 - 完全由碳和氢制成,最简单的组合 - 显示出前所未有的磁性 - 旋转液体行为 - 在超导性和量子计算中具有潜在的应用。

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