布基球的超导临界温度已经达到52K

摘要：

@@ 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晶体具有超导性,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的晶格.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.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,T\-c=52K.此外,他们还连续地从负到正改变掺杂剂量,以探索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铝介质层盖住,再在氧化铝介质层上置放一个门电极.如果加在门电极上的电压是负的,则空穴便被吸引到C60晶体的顶层;如果加在门电极上的电压是正的,则电子便被吸引到C60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,也观察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A\-3C60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变到+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,则对每一个掺杂剂量就要做一个样品,这样就必需要做很多样品,才能仔细测出掺杂剂量与临界温度的关系.但是,化学掺杂法功不可没,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与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少,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14.6?的门掺杂样品的临界温度T\-c=11K,而晶格间距为14.56?的Rb\-2CsC60的临界温度T\-c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,则其临界温度T\-c估计可达到100K以上.

机标关键词：布基、超导临界温度、掺杂剂、空穴掺杂、晶体、电子注入、碱金属原子、晶格、剂量、实验室、化学掺杂、超导性、样品、分子、实验方法、电压、电极、掺杂法、间距、电子掺杂

所属期刊栏目：30

分类号：TQ3;O41

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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