科研进展

深圳先进院在新型高温超导材料探索和超导机理研究方面取得重要进展

时间:2019-03-26  来源:材料所(筹) 钟国华 文本大小:【 |  | 】  【打印

  320日,中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)光子信息与能源材料研究中心钟国华副研究员与上海高压科学研究中心陈晓嘉教授及北京计算科学研究中心林海青教授在新型有机高温超导材料研究领域获得重要进展,理论预言指出在电子掺杂下最小的芳香环单元也是一种具有超导电性的材料,并基于大量的计算数据揭示了芳香有机超导体的超导电性规律和增强机制。相关成果以Superconductivity and its enhancement in polycyclic aromatic hydrocarbons(稠环芳香碳氢化合物的超导电?#38498;?#23427;的增强)为题发表在权威期刊Frontiers in Physics(《物理学前沿》,2019DOI10.3389/fphy.2019.00052)上。 

  有机材料一?#21271;?#35748;为是最有可能实现室温超导的材料之一,近年来先后在稠环和联苯的芳香材料中发现了超过30K120K的高温超导电性,这预示着在有机化合物中实现室温超导的可能性大大增加,国内外研究人员迅速开展了大量的实验和理论研究。但是,随着研究的深入,人们发现这类超导体的机理和最?#23616;?#30340;特征仍是不知道的,比如:芳香体系的基本单元是?#20132;罰?#30005;子掺杂下单个?#20132;?#20307;系是否具有超导电性?另外,在多?#20132;?#20307;系中还发现了多种温度的超导相共存现象,以及随着?#20132;?#25968;的增加体系中最高超导项目温度?#19981;?#21095;增,那么这些现象产生的机理或者机制什么? 

  为解决上述问题,钟国华与其合作者通过第一性原理的理论方法研究了钾掺杂苯的晶体结构、热力学稳定?#38498;?#30005;声子特征,指出芳香体系的基本单元----苯也具有超导电性;研究人员通过钾掺杂不同芳香体系,进一步发现所研究的芳香化合物中都存在一个普适的低温超导相(超导温度在5-7K范围),这与苯的超导电性恰好吻合,且四?#20132;?#20197;下体系只含有这个低温超导相,而在五环以上的多?#20132;?#20307;系中却可?#28304;?#22312;多个超导相共存的现象。研究人员通过稳定性、电声子特征和电子交换关联效应等数据结果指出低温超导相来?#26434;?/span>2电子掺杂引起的电声调制,而高温超导相由3电子掺杂引起的?#24247;?/span>-声相互作用和电子-电子关联效应共同驱动。研究人员进一步发现低温超导相是该芳香有机材料的本征相,并在联苯类体系中也被证实,相?#26434;?#39640;温超导相,低温超导相更?#23376;?#22312;实验中制备。相关研究结果系统地揭示了芳香有机超导体的规律和?#23616;剩杂?#25506;索新型高温超导体具有重要的指导意义。 

  该研究得到国家自然科学基金委及其联合基金和深圳市基础研究布局?#35748;?#30446;的资助支持。 

1. 不同芳香化合物的超导转变温度Tc,这里n代表了芳香分子中的?#20132;?#20010;数。

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