Physics 版 (精华区)

发信人: mingxu (xingxing), 信区: Physics
标  题: 超导新进展
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Sep  3 10:11:25 2001) , 转信

本文来自于：物理(Physics), 2001(6):331中国物理学会主办
题目：布基球的超导临界温度已达到52k

    自1990年能用简单的方法大量制备出由60个碳原子构成的 ”布基球” C60之后，出现
了研究布基球C60的热潮。次年报道了发现掺入碱金属原子的C60集体具有超导性，其临界
超导温度不超过33K, 而且随掺杂剂而变。在掺有碱金属原子的C60晶体中，碱金属原子把
电子让与C60晶格。但是，人们预期空穴掺杂的布基球具有甚至更高的临界温度，虽然直到
现在，还没有人能够加入掺杂剂来把电子从C60分子拉走，由此得到空穴掺杂的布基球。
去年，美国Bell实验室的研究人员进行了制备空穴掺杂的布基球的尝试。他们直接把空穴
注入C60晶体的顶层中，在这个层内不加入任何离子。但他们发现，由此得到的空穴掺杂的
材料确实具有更高的临界温度，Tc=52K。此外，他们还连续的从负到正改变掺杂剂量，已
探索C60的行为。他们的实验方法有助于弄清布基球为什么具有超导性的机制。其实验方法
是根据场效应晶体管(FET)设计的，实验安排简述如下。
在C60晶体的顶面上置放两个电极，用以测量电阻率。C60晶体的顶面和这两个电极都用氧
化吕介质层盖住，再在氧化铝介质层上置放一门电极。如果加在门电极上的电压是负的，
这空穴便被吸引到C60晶体的顶层；如果加在门电极上的电压是正的，这电子便被吸引到C
60晶体的顶层。通过改变门电压的大小和极性，就可改变C60晶体顶层内电荷的密度和符号
。
Bell实验室的研究人员发现，当掺杂剂量达到每个C60分子有3.0至3.5个空穴时，临界温度
达到最大值52K。当门电压变为正时，电子注入到C60晶体的顶层内，达到每个分子有3个电
子时，也观测到一个临界温度的峰值，不过只有11K。Bell实验室的这些电子掺杂实验结果
与化学掺杂的C60块状样品(也就是原子加到晶格的样品)测量结果是相符的。这些结果表明
，最有利于超导性的结构是每个分子具有3个电子或A3 C60的结果，其中A是碱金属原子。
Bell实验室的研究人员还通过改变门电压(称此法为”门掺杂”)，研究了掺杂剂量从-4.5
到+4.5时掺杂剂量与临界温度的关系。结果表明，掺杂剂量低于1.7和高于4.5时，空穴的
掺杂材料仍然是超导性的，虽然临界温度很低。但是，对于电子注入的材料，超导范围很
小，只介于每个分子有2.5至3.6个电子之间。利用这种”门掺杂”方法，研究掺杂剂量与
临界温度的关系变得非常容易。假如用化学掺杂法来研究掺杂剂量与临界温度的关系，这
对每一个掺杂剂量就要做一个样品，这样就必须做很多样品，才能仔细测出掺杂剂量与临
界温度的关系。但是，化学掺杂法功不可末，它是对门掺杂方法的补充，因为用化学掺杂
法制备的样品，可以用来测量超导性于晶格间距之间的关系。
用较大的原子来对C60晶体掺杂，C60晶体的晶格能被扩大。较宽的晶格间距可使相邻分子
的电子带之间的重迭减小，并使带宽变窄。超导体的临界温度是与带宽成反比的。因此，
掺杂原子越大，临界温度也会越高。现在有人想把空穴掺杂的C60的晶格扩大，以获得更高
的临界温度。在电子掺杂情形，晶格间距为14.6Å的门掺杂样品的临界温度Tc=11K，
而晶格间距为14.56Å的Rb2CsC60的临界温度Tc上升到了33K。如果能将间隙原子掺入
，使得空穴掺杂的C60的晶格扩大到相同大小，这其临界温度Tc估计可达到100K以上。
(中国科学院物理研究所 李银安 摘自 Barbara Goss Levi. Physics Today, 2001(1): 1
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