• 有機超導體

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    有機超導體

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    有機超導體是一種合成有機化合物,在低溫下表現出超導性。截至2007年,有機超導體在標準壓力下達到的最高臨界溫度是33K(-240℃;-400℃),在堿摻雜的富勒烯RbCs2C60中觀察到。1979年,KlausBechgaard合成了xxx個有機超導體(TMTSF)2PF6(相應的材料類別后來以他的名字命名),過渡溫度為TC=0.9K,外部壓力為11kbar。許多材料可以被描述為有機超導體。這些材料包括Bechgaard鹽和Fabre鹽,它們都是準一維材料,以及準二維材料,如k-BEDT-TTF2X電荷轉移復合物、λ-BETS2X化合物石墨插層化合物和三維材料,如堿摻雜富勒烯。有機超導體不僅對尋找室溫超導性的科學家和解釋超導性起源的模型系統具有特殊的意義,而且對日常生活問題也具有特殊意義,因為有機化合物主要由碳和構成,與銅或鋨相比,它們屬于地球上最常見的元素。

    一維法布爾鹽和貝希加德鹽

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    法布爾鹽是由四甲基四氫富勒烯(TMTF)組成,貝希加德鹽是由四甲基四氫富勒烯(TMTSF)組成。這兩個有機分子除了TMTF的原子被TMTSF的硒原子取代外,其他都很相似。這些分子堆積成列(有二聚體趨勢),被陰離子分開。典型的陰離子是,例如,八面體的PF6、AsF6或四面體的ClO4或ReO4。這兩類材料在室溫下都是準一維的,只沿分子堆棧導電,并共享一個非常豐富的相圖,包含反鐵磁排序、電荷排序、自旋密度波態、尺寸交叉和超導性。只有一種Bechgaard鹽被發現在環境壓力下具有超導性,即(TMTF)2ClO4,其轉變溫度為TC=1.4K。其他幾種鹽只有在外部壓力下才會成為超導。推動大多數法布爾鹽變成超導所需的外部壓力是如此之高,以至于在實驗室條件下只在一種化合物中觀察到了超導現象。下表顯示了幾種一維有機超導體的轉變溫度和相應的外部壓力的選擇。二維(BEDT-TTF)2XBEDT-TTF是雙亞乙基二硫四氮雜環戊烯的簡稱,通常縮寫為ET。這些分子形成平面,被陰離子分開。分子在平面上的模式不是xxx的,但有幾個不同的相在生長,這取決于陰離子和生長條件。與超導有關的重要階段是α和θ相,其分子以骨狀結構排序;β相,特別是κ相,以棋盤狀結構排序,分子在κ相中被二聚化。這種二聚化使得κ相很特別,因為它們不是四分之一而是一半的填充系統,與其他階段相比,促使它們在更高的溫度下進入超導狀態。分隔兩片ET-分子的可能陰離子的數量幾乎是無限的。有簡單的陰離子,如三碘化物(I-3),聚合的陰離子,如非常著名的Cu[N(CN)2]Br和含有溶劑的陰離子,如Ag(CF3)4-112DCBE。基于ET的晶體的電子特性由其生長相、陰離子和施加的外部壓力決定。將具有絕緣基態的ET鹽驅動到超導基態所需的外部壓力要比Bechgaard鹽所需的壓力小得多。

    有機超導體

    例如,κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl只需要大約300巴的壓力就可以成為超導,這可以通過將晶體放在冷凍在0℃(32°F)以下的油脂中,然后提供足夠的壓力來誘導超導轉變來實現。晶體是非常敏感的,這可以在α-(ET)2I3在陽光下躺了幾個小時(或在40℃,104°F的烘箱中更有控制)后觀察到令人印象深刻。在這種處理之后,人們得到了α-(ET)2I3,它是超導的。與Fabre或Bechgaard鹽相比,所有ET基鹽的通用相圖還只是被提出來。這樣的相圖不僅取決于溫度和壓力(即帶寬),而且還取決于電子關聯性。除了超導基態之外,這些材料還顯示出電荷秩序、反鐵磁性或在最低溫度下保持金屬性。一種化合物甚至被預測為自旋液體。在環境壓力和外部壓力下的最高轉變溫度都是在具有非常相似陰離子的κ-相中發現的。κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Br在TC=1時成為超導。

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