Brandstof zoals benzine bestaat uit koolwaterstoffen - een familie van moleculen die volledig uit koolstof en waterstof bestaat. Pigment en kleurstof, steenkool en teer bestaan ​​ook uit koolwaterstoffen.

Deze gemeenschappelijke, overvloedige materialen, soms zelfs geassocieerd met afval, worden niet vaak als elektronisch of magnetisch interessant beschouwd. Maar een internationaal onderzoeksteam, onder leiding van professor Kosmas Prassides van de Tohoku University in Japan en professor Matthew J. Rosseinsky van de University of Liverpool in het VK, een belangrijke vondst heeft gedaan.

Het team ontdekte onlangs hoe dergelijke koolwaterstofmoleculaire componenten te nemen, kleed ze aan met elektronen, die elk een klein kompas dragen - een ongepaarde spin - en ze samenpakken als koekjes in een doos om een ​​kwantumspinvloeistof te creëren - een lang gezochte hypothetische toestand van materie.

Het was in 1973 dat het bestaan ​​van kwantumspinvloeistoffen voor het eerst theoretisch werd voorgesteld. Bij conventionele magneten, de beweging van de elektronspins - de kleine magneten - bevriest bij afkoeling terwijl ze parallel of antiparallel aan elkaar worden uitgelijnd (Fig. 1 links). In tegenstelling tot, de spins in een kwantumspinvloeistof houden nooit op met fluctueren, willekeurig en sterk, zelfs bij de laagste temperatuur van het absolute nulpunt. Elke individuele spin wijst gelijktijdig langs een oneindig aantal richtingen en is sterk verstrengeld met andere spins, zelfs die ver weg (Fig. 1 rechts). Als zodanig, Er wordt voorspeld dat deze zee van elektronenspins gastheer is van vele exotische fenomenen van zowel fundamenteel als technologisch belang.

Echter, experimentele realisatie van deze unieke volledig verstrengelde toestand van materie is tot op heden onvervuld gebleven. Ondanks een zoektocht van vier decennia, er zijn maar weinig kandidaten voor kwantumspinvloeistof. De huidige opties omvatten bepaalde anorganische kopermineralen en sommige organische zouten, die zeldzame, zware of giftige elementen.

In resultaten gepubliceerd in twee back-to-back papers op 24 april in het tijdschrift Natuurchemie , het team kwam met de nieuwe chemie die nodig is om voor het eerst zeer zuivere kristallijne materialen te maken uit de reactie van polyaromatische koolwaterstoffen (Fig. 2) met alkalimetalen.

Materialen verkregen uit polyaromatische koolwaterstoffen (moleculen met veel aromatische ringen) werden in het verleden voorgesteld als kandidaten voor nieuwe supergeleiders - materialen zonder elektrische weerstand en in staat om elektriciteit te transporteren zonder energie te verliezen - verstoken van giftige of zeldzame elementen. Echter, vernietiging van de moleculaire componenten in de toegepaste synthetische behandelingen had elke vooruitgang op dit gebied geremd.

"Het verwijderen van de bestaande synthetische wegversperring heeft geleid tot zeer opwindende ontwikkelingen, " zegt professor Kosmas Prassides. "We hebben al ontdekt dat sommige van de structuren van de nieuwe materialen - volledig gemaakt van koolstof en waterstof, de eenvoudigst mogelijke combinatie - toon ongekende magnetische eigenschappen - spinvloeistofgedrag (Fig. 3) - met mogelijke toepassingen in supergeleiding en kwantumcomputers."

"Het heeft ons vele jaren werk gekost om onze doorbraak te bereiken, ", voegt professor Matthew Rosseinsky toe. "Maar uiteindelijk, we zijn erin geslaagd om er niet één te ontwikkelen, maar twee complementaire chemieroutes, die de weg openen naar een rijke verscheidenheid aan nieuwe materialen met nog onbekende eigenschappen."