§4 超导之谜

氧化物高温超导体由于具有较高的临界温度一直为世人所瞩目,这类超导体的超导机制是一开始就摆在人们面前的问题.经过几年的努力,高温超导理论虽然取得了一些进展,但目前尚处于一种百家争鸣的状态,还没有一个统一完整的理论.对于掺杂 C60 超导体,其超导电性的来源和机制同样是一个未解之谜.虽然这类超导体在结构上比氧化物超导体简单,也有人提出各种理论模型予以解释,但这些理论都还不能全面合理地说明掺杂 C60 超导体中的一系列实验现象,因而都不是成熟的理论.对于这类超导体中超导电性的来源,目前存在着几种不同的观点.

在掺杂 C60 化合物的超导电性发现之后不久,许多人便采用常规的 BCS 理论来解释其转变温度随掺杂原子种类的变化,根据 Tc 与晶格常数的单调递增关系,认为费米面上的电子态密度 N(EF)决定着 Tc 的变化.C60 的振动声子既有分子内的,也有分子间的,一般认为对电—声子耦合有贡献的主要是C60 分子内的切向振动,目前理论一般倾向于认为掺杂 C60 是一种 BCS 型超导体.

至于掺杂C60 超导体是否属于BCS 型的还存在着一些疑问.C60 固体的能带

具有窄带(W=0.4eV)特征,光电子谱测得固体 C60 的带隙约为 2.3eV,俄歇谱测得 C60 分子上的库仑相互作用 U 约为 1.6eV,由于 U>>W,因此有人认为掺杂 C60 应是一个强关联系统.还有人认为掺杂C60 中包含 60 个π电子的多电子系统不应在单粒子图象下处理,电子关联效应起着关键作用.强电子关联效应导致电子间的相互吸引(配对),从而产生超导电性.Rb3C60 中的约化能隙显著大于 BCS 弱耦合理论预言值反映出这类超导体中存在着较强的电—声子相互作用,由于同位素效应的发现,并且由于其α值与 BCS 理论有着很大的偏离,于是有人提出在电—声子理论框架下加上强关联修正.此外,还有人提出其他一些理论模型,如激子机制等.所有这些理论都还不能完全正确地解释这类超导体中超导电性的来源.

起初人们将A3C60 化合物的超导电性归结为金属价电子对C60LUMO 带的部

分填充,因为 3 个价电子正好使 C60 的 tlu 带处于半满状态,但这种刚性带填充并不能完全解释碱金属掺杂化合物的导电性质.研究表明掺杂原子可能引起 C60 电子结构的变化,掺杂 C60 超导体的掺入原子种类、组分及化合物结构都存在着很大差别,对掺杂化合物的电子结构及电荷转移情况并未完全研究清楚,加之 Jahn-Teller 畸变及晶格不稳定等条件的影响,使掺杂 C60 超导体的情况复杂化.深入了解这类化合物的超导机制尚需进一步探索其正常态及超导态性质,相信经过努力,人们定将揭开这类新奇的超导体中神秘的超导之谜.