一个国际研究小组研究了一系列基于富勒烯的非常规超导体的电学性能。上述富勒烯基超导体家族是目前已知的具有最高超导临界温度的分子超导体。

 

富勒烯分子是由60个碳原子分布在一个截角二十面体（足球状）并在三维状态下立方密堆积得到的。碱金属离子（蓝色球体）对称占据了富勒烯分子中的四面体间隙和八面体间隙。版权所属：Kosmas Prassides

在Kosmas Prassides教授的带领下，东北大学的一个国际研究小组研究了一系列基于富勒烯1*的非常规超导体的电学性能。上述富勒烯基超导体家族是目前已知的具有最高超导临界温度的分子超导体2*。

上述研究结果发表在美国科学杂志旗下的科学进展（Science Advance）上。该团队揭示了电子结构对分子超导行为的主要影响，实现了目前最高的超导临界温度，并为寻找新型超导分子开辟了方向。

背景介绍

电能输送都是采用金属，但是金属材料具有电阻，导致输送过程中电能常常以热能的形式被损耗。超导体中不存在电阻，不会造成电能损耗。因此，寻找具有最高超导临界温度的超导体至关重要。

大多数超导体的结构都比较简单，由原子构成。但是最近科学家们发现了具有规律分子结构的超导体。

之前关于富勒烯族的相关研究工作导致人们发现了具有最高工作温度（38K）的分子超导体。（Nature Materials 7, p. 367, 2008）。

电子基态与超导态相互竞争，具有磁序特性。(Science 323, p. 1585, 2009)。而在外界压力作用下C60分子可以整齐排列，达到零电阻的超导态。(Nature 466, p. 221, 2010).

分子中的电子结构对超导性能的控制作用则通过原本处在绝缘状态的阴离子分子发生姜-泰勒效应（Jahh-Teller distortion *3）而产生磁性，从而出现超导态得到了证明。(Nature Communications 3, 912, 2012).

突破

该研究小组首次研究了一族全新的富勒烯材料在化学加压的情况下时绝缘态、Tc以上时的正常金属态以及超导态之间的相互关系。

他们揭示了物质的一种全新状态——姜-泰勒金属，也表明了分子与处在费米能级的扩展晶格中的电子之间的平衡达到最优状态时便能得到最高超导临界温度。

由于合成化学可以制备出与传统已知的超导体结构不同的新分子电子结构，因此寻找新的超导材料势在必行。

注释：

*1富勒烯

富勒烯是由一定量碳原子排列在一个封闭的空心笼表面而组成的分子。C60具有足球形状，是富勒烯家族的典型成员，被视为是在金刚石和石墨之后第三个碳的同素异形体。英国和美国的科学家因为发现了富勒烯而赢得了1996年的诺贝尔化学奖。

*2超导性

超导体没有电阻，可以无损耗地传输电能。当电阻为零时的温度被称为超导体的超导临界温度，Tc。在超导材料中，电子对之间存在有强相互作用力，可以在超导体内无阻力地移动。

*3姜-泰勒效应

姜-泰勒效应指的是由于简并态的电荷分部不均，分子就会以某种方式振动，从而导致畸变发生，并使能级简并解除，体系能量趋于稳定。带负电的C60通过经过姜-泰勒效应，分子结构从最初完美的二十面体发生畸变。

材料来源：

上述报道来源于东北大学所提供的资料。注：材料内容和长度均有不同程度修改。

参考文献：

Ruth H. Zadik, Yasuhiro Takabayashi, Gyöngyi Klupp, Ross H. Colman, Alexey Y. Ganin, Anton Potočnik, Peter Jeglič, Denis Arčon, Péter Matus, Katalin Kamarás, Yuichi Kasahara, Yoshihiro Iwasa, Andrew N. Fitch, Yasuo Ohishi, Gaston Garbarino, Kenichi Kato, Matthew J. Rosseinsky and Kosmas Prassides. Optimized Unconventional Superconductivity in a Molecular Jahn-Teller Metal. Science Advances, 2015 DOI: 10.1126/sciadv.1500059

新材料在线编译整理——翻译：李湖燕   校正：摩天轮