同时具有电导和磁性的分子晶体——奇特的多功能分子材料……张斌

(节选)

中国科学院化学研究所张斌副研究员在《2004科学发展报告》中撰写文章,对同时具有电导和磁性的分子晶体分类进行了描述,并指出了这项研究工作所具有的重要意义及美好前景。分子晶体是一类由范德华力结合形成的晶体,如冰糖等典型的有机晶体。与金属晶体、离子晶体相比,通常见到的分子晶体的导电性都很差(绝缘体)。1911年有人提出了合成金属性有机晶体的大胆设想,向当时的观念提出了挑战。到1973年这个设想变成现实¾制备得到了室温电导率为102S·cm-1的有机导体,并于1979年在对这类晶体施以静压后得到了有机超导体。到现在为止人们已经得到了一百多种有机超导体,并在无机陶瓷相超导出现之前具有最高化合物超导温度(除金属和合金)。寻求更高温乃至室温的超导体仍是无机、有机超导界共同追求的目标。现在人们提出了铁磁性超导体的设想,虽然现有的超导理论认为铁磁性和超导性是相冲突的,但科学家对电磁双功能分子材料的研究表明我们正在逐渐接近这个目标,其中一项重大进展就是铁磁性有机导体的制得,这类研究是传统有机导体研究的一个延伸。

电磁双功能分子晶体材料依其中电磁相互关系可分为电磁独立和电磁相关(电磁偶合)两大类,依其组成可分为双(多)组份和单组份分子两大类。不论在单组份还是双(多)组份体系,都要求在晶体中分子成柱堆积,分子柱内p电子要有最大重叠以形成导带,以使材料呈金属性。从电磁独立的电磁双功能材料出发,有望制备得到铁磁性的超导体;从电磁偶合体系的电磁双功能材料出发,可以得到反铁磁性的超导体,实现电磁功能的调控,同时其表现出的丰富的物理现象引起了物理学家极大的关注,有望推动人们对电磁本质的更进一步的了解和认识。

由于各组份的大小都在纳米的尺度,电磁双功能分子晶体是纳米尺度分子有序组装的一个成功范例;由于可以从分子水平上实现材料电、磁性的调控,从理论上带动人们从更深的一个层次认识电、磁现象的本质,从应用上可用来制备分子电子器件,已成为分子电子学研究一个重要组成部分。该项研究结合了当前分子导体、分子磁体研究的精华,覆盖了化学、物理、结晶学、材料学等多个领域,已成为衡量一个国家基础研究水平高低的重要标志。我国自1986年就开始了这方面的工作,已有很好的基础,若能组织起合适的研究队伍、配备以充足的研究经费,完全可以在电磁双功能分子晶体材料中做出国际领先的工作。

中国网 2004年3月22日


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