中国科大在有机超导体研究领域取得重要突破

2011-10-21 17:04 来源: 中国科学院
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  近日,中国科学技术大学微尺度国家实验室陈仙辉教授课题组在碱金属掺杂菲中发现了5开尔文温度的超导电性,这是有机超导体领域的重要突破。相关成果以Superconductivity at 5K in alkali-metal-doped phenanthrene为题,刊登在10月18日出版的Nature Communications上。

  有机超导体的研究一直是凝聚态物理研究中的热点,人们一直期待在有机材料中发现高温超导电性。目前有机超导体主要有两类:准一维的(TMTSF)2X和二维的(BEDT–TTF)2X。然而,这两类有机超导体的超导转变温度较低,并且其中有些只在高压下表现为超导电性。有机超导体具有许多有趣的性质,具有低维性、强的电子-电子相互作用和电子-声子相互作用。有机超导体中π分子轨道中未配对电子对电子态起主要作用。有机超导体的相图与铜氧高温超导体、重费米子超导体和铁基超导体等其它非常规超导体相图相似,超导电性毗邻磁有序态。有机超导体提供了一个很好的体系,让人们来研究低维体系的电子-电子相互作用和电子-声子相互作用。这些具有π电子的超导体不能简单地利用传统的BCS超导理论来解释。C60和石墨中掺杂的超导体也具有π电子,这些π分子轨道对其超导电性起着非常重要的作用。

  对于具有π分子轨道的有机超导体,由于相邻分子间轨道的重叠使得电子去局域化,从而增加导电性。陈仙辉课题组通过在具有π分子轨道的菲(菲是具有三个苯环的稠环芳香烃)中掺入碱金属,实现了5开尔文温度的超导电性。研究同时发现,通过施加1万个大气压的压力使得超导转变温度有20%的提高,并且超导体具有局域磁矩。

  研究结果说明,这种新发现的超导体可能具有非常规的超导电性。这类超导体的发现对非常规超导体机理的研究具有非凡意义。稠环芳香烃可以由不同数量的苯环组成,有一个很大的家族,其超导电性的发现表明又一类新的有机超导体家族诞生。这类新超导体的发现,开辟了具有π电子稠环芳香烃超导体的领域。

  该研究受到国家自然科学基金委、科技部国家基础研究计划和中国科学院创新项目的资助。