摘要:
1964 年,物理学家Little 基于BCS 理论提出了他的高温超导个人理论预言,在某些具有高度极化悬挂链的导电聚合物中可能存在1000 K 以上的超导电性,因为聚合物不像固体材料那样存在声子能量上限,其分子形状是“柔软”可变的,只要有合适媒介(比如激子)提供电子配对“胶水”,就有希望实现高温超导。理论学家有多大胆,实验学家就有多能干。一般来说,要超导,首先得能导电,但是绝大部分有机物导电性都很差甚至完全绝缘,寻找有机聚合物超导体的希望似乎比较渺茫。然而大家很快就注意到在20 世纪50 年代已经发现了一类有机导体,名称为TCNQ (四氰代对苯醌二甲烷)的有机固体。这类有机导体有几个典型特征:从结构上往往是一维化聚合物;从化学上带有苯环基团;从导电机制上属于电荷转移型,即分子链的某些部分提供电子载流子到另一些部分参与导电。它们往往在低温下由于分子间距变化形成有规律的电荷密度分布——称之为 “电荷密度波”。而TMTSF(四甲基四硒酸富烯)也是电荷转移型准一维有机导体的一种,Bechgaard 本人是首位发现者,这一类材料被命名为“Bechgaard 盐”。与其他一维有机导体中的电荷密度波相变不同的是,(TMTSF)
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6 在常压下是绝缘体,通过施加压力,会发生绝缘体—金属相变,最后在一万个大气压以上出现超导。有机分子晶体中超导电性的发现, 把超导物理学家们的视野从无机材料拓展到了更为广阔的有机材料之中,令超导的未来十分值得期待。因为TMTSF 家族及其超导电性的发现,Bechgaard 曾被多次提名诺贝尔化学奖,可惜至今无缘获奖。有意思的是,Little 的预言(或称“Little 定理”)并没有严格限定在有机材料之中。出乎意外的是,人们在无机聚合物中同样找到了超导电性,如氮化硫((SN)
x,T
c<3 K)和黑磷(T
c=10.7 K,高压P=29 GPa),其临界温度还是很低。更令人振奋的是,2016 年人们发现黑磷具有更优于石墨烯的物理性能,在高压下同时还会出现拓扑半金属态等新颖的量子物态。超导的神奇,真是令人叹为观止!