固态苯分子晶体的超导电性

2018-05-30

苯，C6H6，含苯的材料或用品在我们身边随处可见。那么这样一个芳香有机化合物的基本单元能超导吗？如果能，它与近来报道的高温有机超导体存在什么样的内在联系呢？
对此，中国科学院深圳先进技术研究院钟国华博士与其合作者通过研究确立了苯晶体是一个新的超导体，并揭露了其超导电性与电子结构和声子特征之间的关系，给出了超导转变温度随压力的变化规律，这对于重新认识我们周边的含苯材料
并了解这个新的超导体具有非常重要的意义。论文以“固态苯分子晶体的超导电性”为题于2018年5月11日发表在的Journal of Physics: Condensed Matter （凝聚态物理杂志）上。（论文链接https://doi.org/10.1088/1361-648X/aac3ff）
有机超导体因为其独特的结构以及存在的电子与比声子能更高的激子的相互作用，一直被理论家认为是潜在的室温超导体，超导转变温度甚至可以达到1000 K。而在电子掺杂的C60中发现了近40 K的超导电性之后，近年来又在电子掺杂的p型
三联苯中观察到了120 K以上的超导转变现象，这好像支持了早期的理论预言。对于芳香有机化合物，他们都有一个共同特点，就是晶体中的有机分子都由苯环构成，苯环，C6H6，就是材料的最大特点更是材料的基本单元，含苯材料或用品也是
人们日常生活中随处可见。那么，芳香类有机体系的高温超导电性与苯环有什么内在联系？单个苯环构成的体系-苯晶体能否具有超导电性呢？相关问题的解答直指芳香高温超导体的内在本质。为此，钟国华博士和其合作者采用第一性原理密度泛
函及其微扰理论方法系统地研究了C6H6的压力下的晶体结构、电子/声子特征和电-声相互作用性质。他们发现单纯的C6H6晶体不需要任何掺杂在高压下就可以变成超导体，只不过这个压力需要达到180万大气压；超导转变温度在195万大气压下可
以达到近20 K，并发现该超导电性主要来源与C原子的贡献；与电子掺杂的含苯体系的超导电性相变，压力是一个提升材料超导转变温度的有效手段。
该研究得到国家自然科学基金委、深圳市基础研究项目以及国家自然科学基金委-广东省联合基金等项目的资助支持。

苯（C6H6）晶体的超导转变温度（Tc）和声子频率（ωlog）随压力的变化规律