2017年高考化学复习重点：碳70的超导性

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10年前科学家首次观察到电子掺杂的碳60分子具有超导性。自那时起,科学家对富勒烯家族中的另一成员碳70做过多次实验,但始终未观察到它也具有预期的超导性。最近,美国贝尔实验室的科学家宣布,他们在研究中已观察到了电子掺杂的碳70所具有的超导性,而且发现其超导转换温度大约为7K.

据《自然》杂志报道,研究人员利用与制取碳60相同的方法制取了不足 1立方毫米的碳70单晶体,然后在氙气中将晶体进行处理,发现晶体并没有与这种惰性气体结合。通过X光分析,科学家发现碳70单晶体是六角紧密堆积的六方晶体,其c轴和a轴比值为1.63.

在随后的实验中,研究人员又以金作电极、以氧化铝作绝缘膜,制备了一个超导—绝缘—超导的场效应晶体管。研究人员观察发现,这个场效应晶体管是N沟道晶体管,当置于一个强磁场时,晶体分子的最表层会聚集相当数量的自由电子。当温度超过1.7K时,含3个自由电子的碳70分子显示出超导性。而当温度为7K时,含4个自由电子的碳70的电阻开始下降,当温度为6K时,其电阻下降了一半。这表明电子掺杂的碳70开始由常态向超导态过渡。

科学家认为,这一实验结果表明,富勒烯家族其它成员也极有可能具有超导性。此前实验证实,电子掺杂的碳60最高转换温度为40K,而此次测知电子掺杂的碳70的转换温度为7K,这一变化正好印证了科学家的预言,即电子—声子的偶合效应随分子曲率的增加而增加。那么,如果电子密度恰当的话,像炭36这样较小富勒烯的超导转换温度甚至应该高于碳60.