Fulleride - Fulleride

Cs 3 C 60 kristal yapısı

Fulleritler , fulleren anyonları içeren kimyasal bileşiklerdir . Yaygın fulleritler, en yaygın fullerenlerin , yani C 60 ve C 70'in türevleridir . Alanın kapsamı geniştir, çünkü çoklu yükler mümkündür, yani [C 60 ] n − ( n = 1, 2...6) ve tüm fullerenler fulleride dönüştürülebilir. "-ide" soneki, negatif yüklü doğalarını ifade eder.

Fulleridler, çok çeşitli katyonlara sahip türevler olarak izole edilebilirler . En çok çalışılan türevler alkali metallere sahip olanlardır , ancak fulleritler organik katyonlarla hazırlanmıştır. Fulleritler, genellikle polar organik çözücüler içinde çözünen tipik olarak koyu renkli katılardır.

Yapı ve yapıştırma

Elektronik yapı hesaplamalara göre, LUMO C 60 ton bir üç kat dejenere yörünge olan 1u simetrisi. Tekniği kullanarak voltametri , Cı- 60 -1 referans V başlayarak altı döner azalmalar geçmesi gösterilebilir Fc + / Fc çift. İndirgeme, yapıda yalnızca ince değişikliklere neden olur ve birçok türev, bu etkileri gizleyen düzensizlik sergiler. Birçok fullerides Jahn-Teller bozulmasına tabidir . Bazı durumlarda, örneğin [ PPN ] 2 C 60 , yapılar oldukça düzenlidir ve bazı C−C bağlarında hafif (10 pm) uzama gözlemlenir.

Hazırlık

Fullerides çeşitli şekillerde hazırlanmıştır:

  • alkali metal fulleridleri vermek için alkali metallerle işlemden geçirme:
C 60 + 2 K → K 2 C 60
  • kobaltosen ve tetrakisdimetilaminoetilen gibi uygun organik ve organometalik indirgeyici maddelerle işleme tabi tutma .
  • alkali metal fulleridler katyon metatezine tabi tutulabilir. Bu yolla ( bis (trifenilfosfin) iminyum (PPN + tuzları hazırlanmıştır), örneğin [PPN] 2 ° C 60 :
K 2 C 60 + 2 [PPN]Cl → [PPN] 2 C 60 + 2 KCl

Fullerid tuzu ([K(crypt-222)] + ) 2 [C 60 ] 2− tuzu, C 60'ın [2.2.2] kriptan varlığında metalik potasyum ile işlenmesiyle sentezlenir .

Alkali metal türevleri

Fulleride tuzlarının kritik sıcaklıkları ( T c )
M 3 Cı- 60 T c (K)
Na 3 Cı- 60 (süper iletken olmayan)
K 3 Cı- 60 18
Rb 3 C 60 28
Cs 3 Cı- 60 40

C 60 3− 'nin alkali metal (Na + , K + , Rb + , Cs + ) türevlerine özellikle dikkat edilmiştir , çünkü bu bileşikler metalik davranış gibi kümeler arası etkileşimlerden kaynaklanan fiziksel özellikler sergilerler. Bunun aksine, C 60 , tek tek moleküller, esas olarak üst üste örtüşmeyen bantları ile, yani, sadece zayıf bir şekilde etkileşime girer. Bu alkali metali türevleri, bazen ile ortaya çıktığı görülmektedir interkalasyon Cı içine metal 60 kafes. Alternatif olarak, bu malzemeler n-katkılı fullerenler olarak görülmektedir.

Bu trianyonun alkali metal tuzları süper iletkendir . M 3 C 60'ta (M = Na, K, Rb), M + iyonları , neredeyse küresel C 60 anyonlarından oluşan ccp kafesten oluşan bir kafes içindeki ara boşlukları işgal eder . Cs 3 C 60'ta kafesler bir bcc kafesi içinde düzenlenmiştir .

1991'de potasyum katkılı C 60'ın 18 K'de (−255 °C) süper iletken hale geldiği ortaya çıktı . Bu, moleküler bir süperiletken için en yüksek geçiş sıcaklığıydı. O zamandan beri, çeşitli diğer alkali metallerle katkılı fullerende süper iletkenlik rapor edilmiştir. Alkali metal katkılı fullerende süperiletken geçiş sıcaklığının birim hücre hacmi V ile arttığı gösterilmiştir. Cs + en büyük alkali iyon olduğundan sezyum katkılı fulleren bu ailede önemli bir malzemedir. 38 K'de (-235 °C) süper iletkenlik, yığın Cs 3 C 60'ta rapor edilmiştir , ancak yalnızca uygulanan basınç altında. Ortam basıncında 33 K (−240 °C) olan en yüksek süperiletken geçiş sıcaklığı, Cs 2 RbC 60 için rapor edilir .

Birim hücre hacmi ile geçiş sıcaklığının artması için kanıt olarak inanılan BCS mekanizmasının C 60 arası C, çünkü katı Süperiletkenliğin 60 ayırma Fermi düzeyi hakkında durumlarının yoğunluğunda bir artış ile ilgili olabilir , N ( ε F ). Bu nedenle, çabalar bir nötral moleküller araya giren, özellikle de, interfullerene mesafeyi artırmak için yapılmıştır 3 Cı- 60 ° C değerliği ise aralık interfullerene geliştirmek için kafes 60 değişmeden tutulur. Ancak, bu amonyasyonu tekniği fulleren intercalation bileşiklerinin yeni bir bakış açısı ortaya koymuştur Mott geçiş ve C yönelim / yörünge düzen arasındaki ilişki 60 molekülleri ve manyetik yapı.

Dört kat-düşük malzeme, örneğin, stoikiometri bir olan 4 ° C 60 , t olsa bile, yalıtkan 1u bandı kısmen doldurulur. Bu belirgin anomali , yüksek simetrili moleküllerin kendiliğinden deformasyonlarının elektronik enerjiyi elde etmek için dejenere seviyelerin bölünmesine neden olduğu Jahn-Teller etkisi ile açıklanabilir . Jahn-Teller tipi elektron-fonon etkileşimi C yeterince güçlü olan 60 , özellikle değerlik durumları için bant resim yok etmek için katı maddeler.

Dar bir bant veya güçlü bir şekilde ilişkili elektronik sistem ve dejenere zemin durumları, fulleride katılarda süperiletkenliği açıklamakla ilgilidir. Elektronlar arası itme U bant genişliğinden daha büyük olduğunda, basit Mott-Hubbard modelinde yalıtkan bir lokalize elektron temel durumu üretilir. Bu sezyum katkılı C çevre basıncında iletkenlik olmadığını açıklar 60 katı. t 1u elektronlarının elektron korelasyonu odaklı lokalizasyonu , kritik değeri aşarak Mott yalıtkanına yol açar. Yüksek basınç uygulaması interfuleren aralığını azaltır, bu nedenle sezyum katkılı C 60 katıları metalik ve süper iletken hale gelir.

C bir tam gelişmiş teori 60 katı Süperiletkenliğin yoksundur, ancak yaygın bir şekilde kabul edilmektedir güçlü elektronik korelasyonu ve yalıtkan-metal geçiş için yüksek geçiş sıcaklığı yakın göstermektedir Jahn-Teller elektron fonon birleştirme üretmek yerel elektron eşleştirmeleri.

Referanslar

  1. ^ a b Reed, Christopher A.; Bolskar, Robert D. (2000). "Ayrık Fulleride Anyonları ve Fullerenyum Katyonları" (PDF) . Kimyasal İncelemeler . 100 (3): 1075-1120. doi : 10.1021/cr980017o .CS1 bakımı: yazarlar parametresini kullanır ( link )
  2. ^ Gunnarsson, O. (1997). "Fuleridlerde süperiletkenlik". Modern Fizik İncelemeleri . 69 (2): 575–606. arXiv : koşul-mat/9611150 . Bibcode : 1997RvMP...69..575G . doi : 10.1103/RevModPhys.69.575 .
  3. ^ Hebard, AF; Rosseinsky, MJ; Haddon, RC; Murphy, DW; Glarum, SH; Palstra, TTM; Ramirez, AP; Kortan, AR (1991). "Potasyum katkılı C 60'ta 18 K'da süper iletkenlik " (PDF) . Doğa . 350 (6319): 600-601. Bibcode : 1991Natur.350..600H . doi : 10.1038/350600a0 . hdl : 11370/3709b8a7-6fc1-4b32-8842-ce9b5355b5e4 .
  4. ^ Rosseinsky, M.; Ramirez, A.; Glarum, S.; Murphy, D.; Haddon, R.; Hebard, A.; Palstra, T.; Kortan, A.; Zahurak, S.; Makhija, A. (1991). "Rb x C 60'ta 28 K'da süper iletkenlik " (PDF) . Fiziksel İnceleme Mektupları . 66 (21): 2830-2832. Bibcode : 1991PhRvL..66.2830R . doi : 10.1103/PhysRevLett.66.2830 . PMID 10043627 .  
  5. ^ Chen, C.-C.; Kelty, SP; Lieber, CM (1991). "(Rb x K 1− x ) 3 C 60 Süperiletkenler: Sürekli Seri Katı Çözümlerin Oluşumu". Bilim . 253 (5022): 886-8. Bibcode : 1991Sci...253..886C . doi : 10.1126/science.253.5022.886 . PMID 17751824 .  
  6. ^ Zhou, Ö.; Zhu, Q.; Fischer, JE; Coustel, N.; Vaughan, GBM; Heiney, PA; McCauley, JP; Smith, AB (1992). "M 3 C 60 Fulleren Süperiletkenlerin Sıkıştırılabilirliği : Tc ve Kafes Parametresi Arasındaki İlişki". Bilim . 255 (5046): 833–5. Bibcode : 1992Sci...255..833Z . doi : 10.1126/science.255.5046.833 . PMID 17756430 .  
  7. ^ Brown, Craig; Takenobu, Taishi; Kordatos, Konstantinos; Prassides, Kosmas; Iwasa, Yoshihiro; Tanigaki, Katsumi (1999). "Na 2 Rb 0.5 Cs 0.5 C 60 fulleride süperiletkenliğin basınca bağımlılığı ". Fiziksel İnceleme B . 59 (6): 4439–4444. Bibcode : 1999PhRvB..59.4439B . doi : 10.1103/PhysRevB.59.4439 .
  8. ^ a b Ganin, Alexey Y.; Takabayashi, Yasuhiro; Khimyak, Yaroslav Z.; Margadonna, Serena; Tamay, Anna; Rosseinsky, Matthew J.; Prassides, Kosmas (2008). "Bir moleküler sistemde 38 K'de toplu süperiletkenlik". Doğa Malzemeleri . 7 (5): 367–71. Bibcode : 2008NatMa...7..367G . doi : 10.1038/nmat2179 . PMID 18425134 .  
  9. ^ Tanigaki, K.; Ebbesen, TW; Saito, S.; Mizuki, J.; Tsai, JS; Kubo, Y.; Kuroshima, S. (1991). "Cs x Rb y C 60'ta 33 K'da süperiletkenlik ". Doğa . 352 (6332): 222–223. Bibcode : 1991Natur.352..222T . doi : 10.1038/352222a0 .
  10. ^ a b Iwasa, Y; Takenobu, T (2003). "Süper iletkenlik, Mott Hubbard durumları ve interkalasyonlu fulleridlerde moleküler yörünge düzeni". Fizik Dergisi: Yoğun Madde . 15 (13): R495. Bibcode : 2003JPCM...15R.495I . doi : 10.1088/0953-8984/15/13/202 .
  11. ^ Erwin, Steven; Pederson, Mark (1993). "Süper iletken Ba 6 C 60'ın elektronik yapısı ". Fiziksel İnceleme B . 47 (21): 14657-14660. arXiv : koşul-mat/9301006 . Bibcode : 1993PhRvB..4714657E . doi : 10.1103/PhysRevB.47.14657 .
  12. ^ Han, J.; Gunnarsson, O.; Crespi, V. (2003). "C 60 Katılarda Yerel Jahn–Teller Fononları ile Güçlü Süperiletkenlik " (PDF) . Fiziksel İnceleme Mektupları . 90 (16): 167006. Bibcode : 2003PhRvL..90p7006H . doi : 10.1103/PhysRevLett.90.167006 . PMID 12731998 . Arşivlenmiş orijinal (PDF) 2019-12-28 tarihinde.  
  13. ^ Capone, M.; Fabrizio, M; Castellani, C; Tosatti, E (2002). "Güçlü İlişkili Süperiletkenlik". Bilim . 296 (5577): 2364–6. arXiv : koşul-mat/0207058 . Bibcode : 2002Sci...296.2364C . doi : 10.1126/science.1071122 . PMID 12089436 .  

daha fazla okuma