超导“小时代”之十七：朽木亦可雕
生活中从不缺少美，而是缺少发现美的眼睛。——奥古斯特·罗丹(法国)《论语·公冶长》记载了万世师表的孔圣人大冒...
生活中从不缺少美，而是缺少发现美的眼睛。
——奥古斯特·罗丹(法国)《论语·公冶长》记载了万世师表的孔圣人大冒肝火的一件事：“宰予昼寝。子曰：‘朽木不可雕也，粪土之墙不可杇也！于予与何诛？’”因为弟子宰予大白天旷课睡懒觉，孔子便觉得此人“懒得没救了”，还感叹以后再也不偏信他人言，一切看其行动才成。孔圣人殊不知，千余年后的今天，无论从小学到中学，从中学到大学，甚至从大学到研究生的课堂里，睡觉者何其多？(悄悄透露：本人算是其中一员，您也是吗？)难不成他们都是不能雕成材的朽木？非也非也！事实上，朽木亦可雕！且不说有多少上课睡觉下课打牌的人成为了栋梁之才，又有多少辍学失业的人成为了业界大亨，还有多少年轻叛逆而终究大器晚成的领袖，人世一生充满许多变数和期许，关键看你是否能在合适时机把握机会。话说：“玉不琢，不成器。人不学，不知义。”璞玉经过精雕细琢，就能成为价值连城的玉器，人要找到适合自己的学习兴趣和窍门，就定能成材。一块废弃近半个世纪的大理石，在米开朗基罗的手下能变成传世名作《大卫》；一段歪七八扭的树根，在根雕艺术家眼里就是一尊典雅多姿的艺术品；即便是把朽木烧成了碳，也可以压制雕刻成精美的炭雕艺术制品；甚至一些垃圾和废品都能被装置艺术家变成现代艺术品(图1)。发现生活之美，关键在于不同的视角和认识。
毫无疑问，超导就是凝聚态物质中的一种“量子美”——它具有完美的零电阻和抗磁性，各种量子物态都非常迷人。在更多形态的物质中寻找超导的存在，是科学家们孜孜不倦的美学追求之一。
前几节我们介绍了单质金属、合金及金属间化合物、氧化物、硫化物、硒化物等材料的超导，这些材料统统属于无机化合物。有没有可能，在有机化合物中出现超导？或者说，有没有碳基超导体？
这个，当然，可以有！有机超导体不仅存在，且有百余种。即使朽木变成了碳，超导也还是可能发生的！
1979 年是个超导大年，这一年发现了第一个重费米子超导体，也发现了第一个有机超导体。丹麦科学家Klaus Bechgaard与法国合作者们在有机盐(TMTSF)2PF6中发现了0.9 K 的超导电性，但是需要借助高压——约1.2 万个大气压的帮助。这个超导体的临界温度很低，上临界场也很低，仅需要500 Oe (0.05 T)左右的磁场就可以彻底破坏掉超导电性(图2) 。Bechgaard 的发现并非完全偶然，事实上，他从1969 年开始就在哥本哈根大学从事有机化学的研究。作为量子力学的摇篮，哥本哈根大学也孕育了许多其他著名的科学发现，有机超导只是其中之一。
1964 年，物理学家Little 基于BCS 理论提出了他的高温超导个人理论预言，在某些具有高度极化悬挂链的导电聚合物中可能存在1000 K 以上的超导电性，因为聚合物不像固体材料那样存在声子能量上限，其分子形状是“柔软”可变的，只要有合适媒介(比如激子)提供电子配对“胶水”，就有希望实现高温超导。理论学家有多大胆，实验学家就有多能干。一般来说，要超导，首先得能导电，但是绝大部分有机物导电性都很差甚至完全绝缘，寻找有机聚合物超导体的希望似乎比较渺茫。然而大家很快就注意到在20 世纪50 年代已经发现了一类有机导体，名称为TCNQ (四氰代对苯醌二甲烷)的有机固体。这类有机导体有几个典型特征：从结构上往往是一维化聚合物；从化学上带有苯环基团；从导电机制上属于电荷转移型，即分子链的某些部分提供电子载流子到另一些部分参与导电。它们往往在低温下由于分子间距变化形成有规律的电荷密度分布——称之为“电荷密度波”。而TMTSF(四甲基四硒酸富烯)也是电荷转移型准一维有机导体的一种，Bechgaard 本人是首位发现者，这一类材料被命名为“Bechgaard 盐”。与其他一维有机导体中的电荷密度波相变不同的是，(TMTSF)2PF6 在常压下是绝缘体，通过施加压力，会发生绝缘体—金属相变，最后在一万个大气压以上出现超导。有机分子晶体中超导电性的发现， 把超导物理学家们的视野从无机材料拓展到了更为广阔的有机材料之中，令超导的未来十分值得期待。因为TMTSF 家族及其超导电性的发现，Bechgaard 曾被多次提名诺贝尔化学奖，可惜至今无缘获奖。有意思的是，Little 的预言(或称“Little 定理”)并没有严格限定在有机材料之中。出乎意外的是，人们在无机聚合物中同样找到了超导电性，如氮化硫((SN)x，Tc 识别图中二维码 > 添加关注[/b]
生活中从不缺少美，而是缺少发现美的眼睛。
——奥古斯特·罗丹(法国)
图1 根雕和炭雕艺术品(来自昵图网)
毫无疑问，超导就是凝聚态物质中的一种“量子美”——它具有完美的零电阻和抗磁性，各种量子物态都非常迷人。在更多形态的物质中寻找超导的存在，是科学家们孜孜不倦的美学追求之一。
前几节我们介绍了单质金属、合金及金属间化合物、氧化物、硫化物、硒化物等材料的超导，这些材料统统属于无机化合物。有没有可能，在有机化合物中出现超导？或者说，有没有碳基超导体？
这个，当然，可以有！有机超导体不仅存在，且有百余种。即使朽木变成了碳，超导也还是可能发生的！
1979 年是个超导大年，这一年发现了第一个重费米子超导体，也发现了第一个有机超导体。丹麦科学家Klaus Bechgaard与法国合作者们在有机盐(TMTSF)2PF6中发现了0.9 K 的超导电性，但是需要借助高压——约1.2 万个大气压的帮助。这个超导体的临界温度很低，上临界场也很低，仅需要500 Oe (0.05 T)左右的磁场就可以彻底破坏掉超导电性(图2) 。Bechgaard 的发现并非完全偶然，事实上，他从1969 年开始就在哥本哈根大学从事有机化学的研究。作为量子力学的摇篮，哥本哈根大学也孕育了许多其他著名的科学发现，有机超导只是其中之一。
图2 第一个有机超导体及其发现者(来自哥本哈根大学及哈佛大学主页)
1964 年，物理学家Little 基于BCS 理论提出了他的高温超导个人理论预言，在某些具有高度极化悬挂链的导电聚合物中可能存在1000 K 以上的超导电性，因为聚合物不像固体材料那样存在声子能量上限，其分子形状是“柔软”可变的，只要有合适媒介(比如激子)提供电子配对“胶水”，就有希望实现高温超导。理论学家有多大胆，实验学家就有多能干。一般来说，要超导，首先得能导电，但是绝大部分有机物导电性都很差甚至完全绝缘，寻找有机聚合物超导体的希望似乎比较渺茫。然而大家很快就注意到在20 世纪50 年代已经发现了一类有机导体，名称为TCNQ (四氰代对苯醌二甲烷)的有机固体。这类有机导体有几个典型特征：从结构上往往是一维化聚合物；从化学上带有苯环基团；从导电机制上属于电荷转移型，即分子链的某些部分提供电子载流子到另一些部分参与导电。它们往往在低温下由于分子间距变化形成有规律的电荷密度分布——称之为“电荷密度波”。而TMTSF(四甲基四硒酸富烯)也是电荷转移型准一维有机导体的一种，Bechgaard 本人是首位发现者，这一类材料被命名为“Bechgaard 盐”。与其他一维有机导体中的电荷密度波相变不同的是，(TMTSF)2PF6 在常压下是绝缘体，通过施加压力，会发生绝缘体—金属相变，最后在一万个大气压以上出现超导。有机分子晶体中超导电性的发现， 把超导物理学家们的视野从无机材料拓展到了更为广阔的有机材料之中，令超导的未来十分值得期待。因为TMTSF 家族及其超导电性的发现，Bechgaard 曾被多次提名诺贝尔化学奖，可惜至今无缘获奖。有意思的是，Little 的预言(或称“Little 定理”)并没有严格限定在有机材料之中。出乎意外的是，人们在无机聚合物中同样找到了超导电性，如氮化硫((SN)x，Tc 识别图中二维码 > 添加关注[/b]
