ОРГАНИ́ЧЕСКИЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ́

ОРГАНИ́ЧЕСКИЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ́, ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, об­ла­даю­щие сверх­про­во­дя­щи­ми свой­ст­ва­ми. Сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние мо­жет быть дос­тиг­ну­то в ор­га­нич. со­еди­не­ни­ях, имею­щих ха­рак­тер­ный для ме­тал­лов тип про­во­ди­мо­сти при низ­ких темп-pax (см. Ор­га­ни­че­ские про­вод­ни­ки). Воз­мож­ность дос­ти­же­ния сверх­про­во­ди­мо­сти в со­еди­не­ни­ях без ато­мов ме­тал­ла, но с дву­мер­ным ха­рак­те­ром дви­же­ния элек­тро­нов бы­ла ус­та­нов­ле­на в 1975 в по­ли­ме­ре по­ли­суль­фур­нит­ри­да $\ce {(SN)}x$. В кри­стал­ле это­го по­ли­ме­ра мо­ле­ку­лы сбли­же­ны на­столь­ко, что дви­же­ние элек­тро­нов в двух на­прав­ле­ни­ях прак­ти­че­ски изо­троп­но. Удель­ное электрич. со­про­тив­ле­ние кри­стал­ла дос­ти­га­ет зна­че­ний 2·10^–4 Ом·м при темп-ре 4 К; ни­же кри­тич. темп-ры $T_\text{c}=0,3$ К кри­сталл пе­ре­хо­дит в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние (см. Сверх­про­во­ди­мость).

В 1980 дат. учё­ный К. Бек­гард син­те­зи­ро­вал мо­ле­ку­лу тет­ра­ме­тил­тет­ра­се­ле­но­фуль­ва­ле­на $\ce {TMTSF}$ и ис­поль­зо­вал её в ка­че­ст­ве ка­тио­на в кри­стал­лах с пе­рено­сом за­ря­да $\ce {(TMTSF)2X}$, где роль анио­нов иг­ра­ют не­боль­шие груп­пы ато­мов $\ce {X=PF6-}$, $\ce {ClO4-}$, $\ce {SCN-}$ и др. Пло­ские мо­ле­ку­лы об­ра­зу­ют стоп­ки, вдоль ко­то­рых дви­жут­ся элек­тро­ны про­во­ди­мо­сти – $\pi$-элек­тро­ны ато­мов уг­ле­ро­да и се­ле­на. Ато­мы се­ле­на мо­ле­кул $\ce {TMTSF}$ обес­пе­чи­ва­ют до­воль­но хо­ро­шее пе­ре­кры­тие вол­но­вых функ­ций элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти так­же и для мо­ле­кул $\ce {TMTSF}$ со­сед­них сто­пок. В ре­зуль­та­те слои, об­ра­зо­ван­ные из сто­пок ка­тио­нов $\ce {TMTSF}$, обес­пе­чи­ва­ют дву­мер­ное дви­же­ние элек­тро­нов с ани­зо­тро­пи­ей внут­ри сло­ёв – вдоль сто­пок под­виж­ность элек­тро­нов наи­выс­шая. В кри­стал­лах $\ce {(TMTSF)2ClO4}$ пе­ре­ход в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние про­ис­хо­дит ни­же $T_\text{c}=1,3$ К, во всех др. со­еди­не­ни­ях се­мей­ст­ва $\ce {(TMTSF)2X}$ из-за ани­зо­тро­пии дви­же­ния элек­тро­нов внут­ри сло­ёв ох­ла­ж­де­ние при­во­дит к фа­зо­вым пе­ре­хо­дам ме­талл – ди­элек­трик. Для дос­ти­же­ния ме­тал­лич. ос­нов­но­го со­стоя­ния и сверх­про­во­ди­мо­сти с $T_\text{c} \lt 1$ К не­об­хо­ди­мы дав­ле­ния по­ряд­ка не­сколь­ких со­тен МПа.

В сверх­про­вод­ни­ках $\ce {(TMTSF)2X}$ об­на­ру­же­ны все ха­рак­тер­ные для сверх­про­во­дя­ще­го со­стоя­ния свой­ст­ва – ну­ле­вое элек­трич. со­про­тив­ле­ние, пол­ный Мейс­не­ра эф­фект в сла­бых маг­нит­ных по­лях, ска­чок те­п­ло­ём­ко­сти при $T_\text{c}$, умень­ше­ние плот­но­сти со­стоя­ний в спек­тре ква­зи­ча­стиц по срав­не­нию с нор­маль­ным со­стоя­ни­ем. Их маг­нит­ные свой­ст­ва (зна­че­ния ниж­не­го $H_\text{c1}$ и верх­не­го $H_\text{c2}$ кри­тич. маг­нит­ных по­лей) силь­но за­ви­сят от на­прав­ле­ния внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля.

По­ве­де­ние О. с. $\ce {(TMTSF)2X}$ при темп-pax $T \ll T_\text{c}$ от­кло­ня­ет­ся от стан­дарт­но­го по­ве­де­ния сверх­про­вод­ни­ков, опи­сы­вае­мых Бар­ди­на – Ку­пе­ра – Шриф­фе­ра мо­де­лью (БКШ-мо­де­лью). Так, напр., раз­ли­ча­ют­ся тем­пе­ра­тур­ные за­ви­си­мо­сти $H_\text{c2}$; не­маг­нит­ные при­ме­си по-раз­но­му влия­ют на ве­ли­чи­ну $T_\text{c}$ (при их ма­лой кон­цен­тра­ции сверх­про­во­ди­мость ис­че­за­ет, в то вре­мя как в БКШ-мо­де­ли та­кой эф­фект при­ме­сей ста­но­вит­ся за­мет­ным лишь вбли­зи по­ро­га ан­дер­со­нов­ской ло­ка­ли­за­ции элек­тро­нов); при низ­ких темп-pax в $\ce {(TMTSF)2ClO4}$ ско­рость ре­лак­са­ции ЯМР умень­ша­ет­ся с по­ни­же­ни­ем темп-ры про­пор­цио­наль­но $T^2$, а не экс­по­нен­ци­аль­но, как в БКШ-мо­де­ли. Это оз­на­ча­ет, что в О. с. $\ce {(TMTSF)2X}$ сверх­про­во­ди­мость об­ла­да­ет ря­дом осо­бен­но­стей, обу­слов­лен­ных, по-ви­ди­мо­му, спе­ци­фи­кой вол­но­вых функ­ций ку­пе­ров­ских пар в этих со­еди­не­ни­ях (т. н. $d$-вол­но­вая сверх­про­во­ди­мость). Сверх­про­во­ди­мость ана­ло­гич­но­го ти­па об­на­ру­же­на так­же в сис­те­мах с тя­жё­лы­ми фер­мио­на­ми.

В кри­стал­лах $\ce {\beta-(BEDT-TTF)2X}$ при низ­ких темп-рах ани­зо­тро­пия в плос­ко­сти сто­пок $\ce {(BEDT-TTF)}$ прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет, пе­ре­хо­ды ме­талл – ди­элек­трик в со­еди­не­ни­ях с $\ce {X=I3-,AuI2-,IBr2-}$ не об­на­ру­же­ны, и при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии они ста­но­вят­ся сверх­про­вод­ни­ка­ми с $T_\text{c}=$ 1,5, 5 и 2,8 К со­от­вет­ст­вен­но. При на­ло­же­нии дав­ле­ния $p\gt$2·10⁴ Па по­лу­че­на мо­ди­фи­ка­ция $\beta_\text{H}-$ $\ce {(BEDT-TTF)2I3}$, ме­та­ста­биль­ная при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии и имею­щая $T_\text{c}=$8,1 К.

В 1991 до­пи­ро­ва­ние фул­ле­ре­на ще­лоч­ны­ми ме­тал­ла­ми при­ве­ло к по­яв­ле­нию но­во­го ти­па О. с. – фул­ле­ри­дов. Мак­си­маль­ная $T_\text{c}=$38 К на­блю­да­лась в со­еди­не­нии $\ce {Cs_{3}C_{60}}$. В 2010 сверх­про­во­ди­мость об­на­ру­же­на в пи­це­не $\ce {C_{22}H_{14}}$, до­пи­ро­ван­ном ато­ма­ми ще­лоч­ных ме­тал­лов.

Ряд ано­ма­лий сверх­про­во­дя­щих свойств О. с. ука­зы­ва­ет на су­ще­ст­во­ва­ние в них силь­но­го элек­трон-фо­нон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, при­во­дя­ще­го к ку­пе­ров­ско­му спа­ри­ва­нию (см. Ку­пе­ра эф­фект). Спектр фо­но­нов, силь­но взаи­мо­дей­ст­вую­щих с элек­тро­на­ми, у ор­га­нич. со­еди­не­ний бо­га­че, чем у не­ор­га­ни­че­ских. В нём есть до­пол­нит. мо­ды – вра­ще­ние мо­ле­кул (либ­ра­ции) с низ­ки­ми час­то­та­ми и внут­ри­мо­ле­ку­ляр­ные ко­ле­ба­ния. Бо­гат­ст­во фо­нон­но­го спек­тра и воз­мож­ность его на­прав­лен­но­го из­ме­не­ния пу­тём син­те­за под­хо­дя­щих мо­ле­кул от­кры­ва­ют пер­спек­ти­вы для по­вы­ше­ния кри­тич. темп-р ор­га­нич. сверх­про­вод­ни­ков.