ОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПРОВОДНИКИ́

ОРГАНИ́ЧЕСКИЕ ПРОВОДНИКИ́ (син­те­ти­че­ские ме­тал­лы), ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, об­ла­даю­щие низ­ким удель­ным элек­трич. со­про­тив­ле­ни­ем $\rho$ и ме­тал­лич. ти­пом про­во­ди­мо­сти ($\rho$ умень­ша­ет­ся при ох­ла­ж­де­нии). Элек­трич. про­во­ди­мость ме­тал­лич. ти­па на­блю­да­ет­ся в ор­га­нич. кри­стал­лах с дос­та­точ­но хо­ро­шим пе­рекры­ти­ем элек­трон­ных ор­би­та­лей (по край­ней ме­ре, в двух на­прав­ле­ни­ях). Син­те­зи­ро­ва­ны ор­га­нич. со­еди­не­ния с $\rho \approx$10^–7–10^–8 Ом·м при темп-ре $T \approx$4 К. Важ­ной за­да­чей яв­ля­ет­ся соз­да­ние О. п., спо­соб­ных кон­ку­ри­ро­вать с обыч­ны­ми ме­тал­ла­ми, ис­поль­зуе­мы­ми в элек­тро­ни­ке и элек­тро­тех­ни­ке.

По струк­ту­ре су­ще­ст­вую­щие О. п. мож­но раз­де­лить на 2 ти­па – кри­стал­лы с пе­ре­но­сом за­ря­да и по­ли­ме­ры. Пер­вые содер­жат пло­ские ор­га­нич. мо­ле­ку­лы с со­пря­жён­ны­ми свя­зя­ми. Мо­ле­ку­лы иг­ра­ют роль до­но­ров или ак­цеп­то­ров электронов. Ме­тал­лич. по­ве­де­ние об­на­ру­же­но в кри­стал­лах, со­дер­жа­щих мо­ле­ку­лы тет­ра­циа­но­хи­но­ди­ме­та­на $\ce {(TCNQ)}$, яв­ляю­щие­ся ак­цеп­то­ра­ми, мо­ле­ку­лы тет­ра­се­ле­но­тет­ра­це­на $\ce {(TSeT)}$, тет­ра­ме­тил­тет­ра­се­ле­но­фуль­ва­ле­на $\ce {(TMTSF)}$ или бис-эти­лен-ди­тио­ло­тет­ра­тио­фуль­валена $\ce {(BEDT-TTF)}$, яв­ляю­щие­ся до­но­ра­ми. Пе­ре­нос за­ря­да осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ме­ж­ду эти­ми мо­ле­ку­ла­ми и ато­ма­ми $\ce {(K^+,Rb^+,Cl^-)}$, груп­па­ми ато­мов $\ce {(SCN^{-},ClO4^{-},PF6^{-},I3^{-},AuI2^{-},ReO4^{-} )}$ или пло­ски­ми ор­га­нич. мо­ле­ку­ла­ми с со­пря­жён­ны­ми свя­зя­ми (хи­но­ди­ме­тан $\ce {Qn}$, тет­ра­тио­фуль­ва­лен $\ce {TTF}$).

В кри­стал­лах хо­ро­шо про­во­дя­щих со­лей с пе­ре­но­сом за­ря­да пло­ские мо­ле­ку­лы упа­ко­ва­ны так, что ио­ны од­но­го зна­ка об­ра­зу­ют стоп­ки, че­ре­дую­щие­ся со стоп­ка­ми или це­поч­ка­ми ио­нов про­ти­во­по­лож­но­го зна­ка. Ор­би­та­ли $\pi$-элек­тро­нов со­пря­жён­ных свя­зей пло­ских мо­ле­кул вы­тя­ну­ты в ви­де вось­мёр­ки пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти мо­ле­кул. Они обес­пе­чи­ва­ют дос­та­точ­но хо­ро­шее пе­ре­кры­тие элек­трон­ных вол­но­вых функ­ций со­сед­них мо­ле­кул в стоп­ке. По­это­му $\pi$-элек­тро­ны пло­ских мо­ле­кул де­ло­ка­ли­зо­ва­ны не толь­ко внут­ри мо­ле­ку­лы, но и вдоль стоп­ки. В ней­траль­ном со­стоя­нии до­нор­ные или ак­цеп­тор­ные мо­ле­ку­лы со­дер­жат чёт­ное чис­ло $\pi$-элек­тро­нов, но при об­ра­зо­ва­нии кри­стал­ла чис­ло элек­тро­нов в их $\pi$-обо­лоч­ке из­ме­ня­ет­ся и зо­на $\pi$-элек­тро­нов в стоп­ке ока­зы­ва­ет­ся за­пол­нен­ной час­тич­но. Тем са­мым реа­ли­зу­ют­ся два ус­ло­вия, не­об­хо­ди­мые для по­яв­ле­ния ме­тал­лич. про­во­ди­мо­сти: час­тич­ное за­пол­не­ние зо­ны $\pi$-элек­тро­нов и их де­ло­ка­ли­за­ция.

Од­на­ко эти ус­ло­вия не все­гда до­статоч­ны. Сис­те­мы с од­но­мер­ным дви­же­ни­ем элек­тро­нов мо­гут пе­ре­хо­дить в ди­элек­трическое со­стоя­ние при ох­ла­ж­де­нии (см. Ква­зи­од­но­мер­ные со­еди­нения

).

Со­ли Бек­гар­да $\ce {(TMTSF)2X}$ яв­ля­ют­ся про­ме­жу­точ­ны­ми ме­ж­ду ква­зи­од­но­мер­ны­ми и слои­сты­ми сис­те­ма­ми (см. Ква­зид­ву­мер­ные со­еди­не­ния

, Ин­тер­ка­ла­ты

 >>

). В них стоп­ки мо­ле­кул $\ce {TMTSF}$ об­ра­зу­ют слои, и бо­ко­вые ато­мы $\ce {Se}$ этих мо­ле­кул обес­пе­чи­ва­ют пе­ре­кры­тие элек­трон­ных вол­но­вых функ­ций со­сед­них це­по­чек в слое вслед­ст­вие их сбли­же­ния на рас­стоя­ния, мень­шие ван-дер-ва­аль­со­вых. При $T=300$ К про­во­ди­мость вдоль сто­пок ка­тио­нов $\ce {(TMTSF)}$, напр., в кри­с­тал­лах $\ce {(TMTSF)2ClO4}$ при­мер­но в 25 раз вы­ше, чем по­пе­рёк сто­пок в слое ка­тио­нов, и в 500 раз вы­ше, чем по­пе­рёк слоя ка­тио­нов.

Про­во­дя­щие по­ли­ме­ры на ос­но­ве уг­ле­во­до­ро­дов (напр., по­ли­аце­ти­лен, по­ли­тио­фен) име­ют со­пря­жён­ные свя­зи вдоль всей сво­ей дли­ны, ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют де­ло­ка­ли­за­цию $\pi$-элек­тро­нов вдоль по­ли­мер­ной мо­ле­ку­лы. В про­стей­шей мо­ле­ку­ле это­го ти­па – по­ли­аце­ти­ле­не $\ce {(CH)}x$ дли­на це­пи со­пря­же­ния $x$ до­сти­га­ет не­сколь­ких со­тен нм. По­ли­мер­ные мо­ле­ку­лы со­б­ра­ны в во­лок­на диа­мет­ром 2000 нм. Взаи­мо­дей­ст­вие ни­тей в во­лок­не сла­бое, и дви­же­ние элек­тро­нов име­ет од­но­мер­ный ха­рак­тер. По­это­му ме­тал­лич. со­стоя­ние с эк­ви­ди­стант­ны­ми рас­стоя­ния­ми ме­ж­ду ато­ма­ми С не­ус­той­чи­во от­но­си­тель­но пе­ре­хо­дов Пай­ер­лса с уд­вое­ни­ем пе­рио­да (ди­ме­ри­за­ции). В ре­зуль­та­те ди­ме­ри­за­ции, а так­же ку­ло­нов­ско­го от­тал­ки­ва­ния в энер­ге­тич. спек­тре элек­тро­нов по­яв­ля­ет­ся щель ши­ри­ной 1,8 эВ. По­это­му чис­тый по­лиаце­ти­лен – ди­элек­трик. Ле­ги­ро­ва­ние по­ли­аце­ти­ле­на ато­ма­ми K, Na, Br, I, груп­па­ми ато­мов ти­па AsF₅ ли­бо ор­га­нич. до­но­ра­ми или ак­цеп­то­ра­ми при­во­дит к по­яв­ле­нию ме­тал­лич. про­во­ди­мо­сти со­еди­не­ний $\ce {(CHX}y)x}$; при $y \lt 0,06$ их $\rho$ дос­ти­га­ет зна­че­ний 10^–5-10^–6 Ом·м при $T=300$ К.

Про­во­дя­щие по­ли­ме­ры на­хо­дят при­ме­не­ние в ка­че­ст­ве ан­ти­ста­тических ма­те­риа­лов, а так­же в дис­пле­ях и ак­ку­му­ля­то­рах.