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本網(wǎng)訊（國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院）近日，南昌大學(xué)國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院呂慧鵬副教授等在《鐵電化學(xué)》的指導(dǎo)下，以手性壓電分子鹽為前驅(qū)體，通過(guò)電化學(xué)合成手段將手性分子插層到二維材料SnSe₂中，并實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)電性和手性特征。研究成果以“Superconductivity in Electrochemically Intercalated R/S-CTA-SnSe₂ by Using Chiral Piezoelectric Precursor”為題發(fā)表在 JACS Au上。

超導(dǎo)電性是指某些材料在特定條件下（低溫或高壓下）電阻突然降為零，同時(shí)表現(xiàn)出完全抗磁性（即邁斯納效應(yīng)）的現(xiàn)象。超導(dǎo)材料目前在高精尖儀器設(shè)備上有極為重要的應(yīng)用，如核磁共振成像、粒子加速器、超導(dǎo)量子干涉儀等。自從1911年荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯在金屬汞中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性以來(lái)，對(duì)新型超導(dǎo)材料和物性的探索長(zhǎng)期以來(lái)都是世界范圍內(nèi)科學(xué)研究的熱點(diǎn)，室溫常壓超導(dǎo)材料若能實(shí)現(xiàn)，將徹底變革能源、醫(yī)療和交通領(lǐng)域。近年來(lái)，二維材料為探索新穎超導(dǎo)性質(zhì)提供了優(yōu)異的平臺(tái)，因此吸引了研究者的廣泛關(guān)注。把金屬離子或有機(jī)分子插層到二維材料中，能夠大幅提高超導(dǎo)體的臨界溫度，是調(diào)控超導(dǎo)性的關(guān)鍵策略。手性化合物具有天然的非中心對(duì)稱(chēng)特性，引入單一手性是鐵電化學(xué)三大普適性設(shè)計(jì)策略之一，是設(shè)計(jì)鐵電和壓電材料的有效途徑。在二維超導(dǎo)體中插層引入手性分子基元，有望實(shí)現(xiàn)鐵電/壓電性和超導(dǎo)性共存、手性誘導(dǎo)的自旋選擇性以及超導(dǎo)二極管效應(yīng)等新穎物性，對(duì)推動(dòng)分子基鐵電超導(dǎo)材料的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。SnSe₂是一種二維硫族化合物材料，它本身不是超導(dǎo)體，但是通過(guò)插層能夠賦予其超導(dǎo)性，例如人們通過(guò)引入插層劑如Co(η-C₅H₅)?、Li、THF、DMF等誘導(dǎo)出它的超導(dǎo)電性。然而，迄今為止卻未能在SnSe₂中實(shí)現(xiàn)手性分子插層，這阻礙了對(duì)其超導(dǎo)鐵電/壓電功能耦合以及手性超導(dǎo)特性的進(jìn)一步探索。

圖1.手性壓電分子鹽R/S-CTA-Cl結(jié)構(gòu)單元和壓電系數(shù)，R/S-CTA手性分子插層SnSe₂的結(jié)構(gòu)示意圖、手性特征、超導(dǎo)抗磁轉(zhuǎn)變和零電阻特性

鑒于此，國(guó)際有序物質(zhì)科學(xué)研究院科研團(tuán)隊(duì)以手性壓電分子鹽R/S-CTA-Cl（CTA=3-氯-2-羥丙基三甲基銨）為前驅(qū)體，通過(guò)電化學(xué)插層方法成功合成獲得了二維超導(dǎo)材料R/S-CTA-SnSe₂（圖1）。R/S-CTA-Cl室溫結(jié)晶于手性極性空間群P2₁，壓電力顯微鏡測(cè)試得出其壓電系數(shù)約為24pm/V。把R/S-CTA-Cl作為前驅(qū)體插層到SnSe₂之后，結(jié)合多種結(jié)構(gòu)表征手段驗(yàn)證了插層產(chǎn)物層間距明顯增大，說(shuō)明手性分子R/S-CTA成功插層進(jìn)入了SnSe₂晶格。R-CTA-SnSe₂和S-CTA-SnSe₂呈鏡像對(duì)稱(chēng)的圓二色譜反映出插層產(chǎn)物具有典型的手性特征。磁性和輸運(yùn)性質(zhì)測(cè)量表明其在臨界溫度5 K附近出現(xiàn)抗磁轉(zhuǎn)變和零電阻特性，證實(shí)了它的超導(dǎo)電性，而且面內(nèi)面外測(cè)試表明其具有高達(dá)6.98的上臨界磁場(chǎng)各向異性比，揭示出二維超導(dǎo)電性特征。還通過(guò)壓電力顯微鏡測(cè)試了其壓電和鐵電行為，但是由于樣品高電導(dǎo)率帶來(lái)的電荷屏蔽效應(yīng)，R/S-CTA-SnSe₂未能表現(xiàn)出壓電和鐵電性。盡管如此，本工作首次在二維材料SnSe₂中成功實(shí)現(xiàn)了手性分子插層，并賦予了其手性特征和超導(dǎo)電性，為深入探索鐵電超導(dǎo)和手性超導(dǎo)行為提供了新的材料平臺(tái)和研究思路。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00739

編    輯：李崢

責(zé)任編輯：余韻