ナノサイズ分子系の振電相互作用による超伝導発現機構の解明と予測に関する理論的研究

阐明和预测纳米分子系统中电子振动相互作用引起的超导机理的理论研究

基本信息

批准号：
01J11595
负责人：
加藤貴
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University (2002-2003)Institute Fundamental Chemistry (2001)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

様々な分子超伝導性発現の可能性について探ることは大変興味深く、学術上、意義があるものと考えられる。そこで、これらの超伝導性は分子内振動とフロンティア軌道との間の振電相互作用によって引き起こされるという仮説に基づき、電子・フォノン結合定数を計算した。分子性結晶が大きな超伝導臨界温度をもつための基礎的条件を考察するため、分子サイズが小さくて対称性が高い、立方体型クラスター、キュバン(C_8H_8)について考察した。その結果、キュバンでは非常に大きな電子・フォノン結合定数の値0.495eVが得られ、200K以上で超伝導性を示し得ることを提案した。また、キュバンのモノアニオンにおいては重水素置換による逆同位体効果が観測される可能性があることを理論的に示した。アセン系分子の水素原子をフッ素原子で置換したフルオロアセンについても全く同様の研究を行ったが、フルオロアセンはアセンよりも非常に大きな電子・フォノン結合定数を持つことがわかった。アセン系分子とフェナントレン系分子のカチオンにおける電子・フォノン結合定数を計算し、さらには、電荷移動について考察した。アセン系分子とフェナントレン系分子など、ナノサイズ分子の常伝導状態と超伝導状態の関連について考察した。これらの一連の研究から、分子性化合物が高温超伝導性を示す条件として「(1)分子サイズが小さい(2)分子が高い対称性をもつ(3)高振動数振動モードが超伝導性発現に重要な働きをする(4)電気伝導に関わらない原子の質量を重くする」ということを提案している。

探索各种分子超导表现的可能性是非常有趣的，并且被认为具有学术意义。因此，我们基于这些超导体是由分子内振动与前沿轨道之间的振动相互作用引起的假设计算了电子-声子耦合常数。为了考虑分子晶体具有大的超导临界温度的基本条件，我们考虑了分子尺寸小、对称性高的立方簇，立方烷(C_8H_8)。结果，他们在Cuban中获得了0.495 eV的极大电子声子耦合常数，并提出其可以在200 K以上表现出超导性。我们还从理论上证明，在古巴单阴离子中可以观察到由于氘取代而产生的反向同位素效应。对氟并苯进行了类似的研究，其中并苯类分子的氢原子被氟原子取代，发现氟并苯具有比并苯大得多的电子-声子耦合常数。我们计算了并苯类分子和菲类分子的阳离子的电子-声子耦合常数，并讨论了电荷转移。我们考虑了纳米分子（例如并苯基分子和菲基分子）的正常状态和超导状态之间的关系。从这一系列的研究中，我们发现分子化合物表现出高温超导性的条件是：（1）分子尺寸小，（2）分子对称性高，（3）表现出超导性的高频振动模式。 (4)增加不参与导电的原子质量，这些原子对导电起重要作用。