Новости химической науки > Сверхпроводник из углеводородов

Исследователи из Японии получили первый сверхпроводящий материал, основанный на молекулах конденсированного ароматического углеводорода.

Переход нового материала в сверхпроводящее состояние происходит при относительно низкой температуре – 18K, однако простое строение молекулы, состоящей из пяти конденсированных ароматических циклов, позволяет предположить, что существует возможность обнаружения новых органических соединений, температура перехода которых в сверхпроводящее состояние будет выше.

Пицен. Справа – пицен, легированный калием. (Рисунок из Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08859)

Материал понижает до нулевого значения сопротивление и переходит в сверхпроводящее состояние при охлаждении до определенной температуры перехода (T_c). Первыми изученными сверхпроводниками являлись чистые металлы, их T_c близка к абсолютному нулю, однако за последнюю четверть века исследователи обнаружили и создали ряд высокотемпературных сверхпроводников с относительно высоким значением T_c, эти материалы представлены купратами и арсенидами железа. Наиболее предпочтительно, чтобы значение T_c совпадало с комнатной температурой или превышало ее, сверхпроводящие при комнатной температуре материалы можно было бы использовать в различных областях без принудительного охлаждения.

С начала 90-х годов ХХ века исследователи работают над разработкой органических сверхпроводников, сверхпроводимость которых обуславливается наличием сопряженной системы π-электронов, однако необходимые для переноса заряда электроны возникали в таких системах из-за наличия атомов серы или селена, но не атомов углерода. Результаты новой работы Ясухиро Кубозоно (Yoshihiro Kubozono) из Университета Окаяма демонстрируют возможность создания органического сверхпроводника на основе простой ароматической молекулы пицена (C₂₂H₁₄), кристаллы которого легированы щелочным металлом.

Исследователи получили сверхпроводник, пропуская пары калия через твердый пицен, в результате чего атомы щелочного металла абсорбировались кристаллической решеткой ароматического соединения. Атомы калия отдают электроны на незанятые π-орбитали пицена, создавая тем самым необходимые для сверхпроводящего состояния переносчики заряда. В зависимости от содержания калия T_c материала изменяется от 7 до 18K.

Нил Скиппер (Neal Skipper) из Университетского Колледжа Лондона говорит о работе японских коллег как о важном открытии, которое в ближайшем будущем привлечет к себе значительный интерес. Он добавляет, что существует немалое количество органических молекул – кандидатов в сверхпроводники, и, возможно, исследование этих соединений позволит увеличить T_c в большей степени. Скиппер добавляет, что механизм возникновения сверхпроводимости можно исследовать на примере легированных фуллеридов.

В настоящее время исследователи из Японии изучают эффект легирования пицена другими металлами, а также влияние калия и других металлов на электронные свойства других ароматических углеводородов. Кубузоно заявляет, что для повышения T_c органических сверхпроводников необходимо увеличить плотность энергетических состояний на уровне Ферми, что, вероятно, позволит использование конденсированных ароматических углеводородов с большим чем у пицена количеством конденсированных циклов.

Источник: Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08859

метки статьи: #новые материалы, #органическая химия, #физическая химия