Фуллериды – твердые тела из фуллеренов C₆₀ – привлекают к себе интерес, в первую очередь, из-за большого разнообразия физических свойств материалов на их основе – от магнетизма до сверхпроводимости, что обусловлено наличием в фуллеридах различных конкурирующих между собой взаимодействий: электрон-электронного, электрон-фононного и пр. Выяснить, какую роль играет каждое из этих взаимодействий экспериментально весьма непросто, поскольку все они “работают” одновременно, и “отделить” одно от другого нельзя.

Рис. 1. Схематическое изображение трехслойной пленки K_xC₆₀ на подложке Au(111)

В работе [1] сотрудники University of California at Berkeley (США) обратили внимание на возможность контроля и “настройки” параметров электронной структуры фуллеридов. Они вырастили ультратонкие пленки K_xC₆₀ из L = 1, 2 и 3 слоев фуллеренов C₆₀, допированных калием (рис. 1), и, используя сканирующую электронную микроскопию для измерения локальных ВАХ, показали, что свойства таких пленок меняются систематическим образом при изменении x и L. При этом содержание калия x определяет не только концентрацию электронов, но и их взаимодействие с ян-теллеровскими фононами, которое значительно больше для локализованных электронов, чем для делокализованных (рис.2).

Рис. 2. Если на каждый фуллерен C₆₀ приходится один электрон (N), то электроны локализованы из-за сильного кулоновского отталкивания U_eff (диэлектрическая фаза). Если число электронов увеличивается (N+1) или уменьшается (N-1), то избыточные электроны и дырки, соответственно, могут “перепрыгивать” с фуллерена на фуллерен (металлическая фаза)

Что касается эффективной энергии U_eff хаббардовского отталкивания двух электронов на одном фуллерене, то она оказывается тем больше, чем дальше от подложки находится фуллерен (рис.3), то есть величина U_eff минимальна в однослойных пленках. Регулировка электрон-фононного взаимодействия U_eff и концентрации электронов путем изменения x и L позволила авторам [1] контролируемым образом переводить пленки K_xC₆₀ из диэлектрического состояния в металлическое и обратно.

Рис.3. Иллюстрация эффекта усиления кулоновского отталкивания электронов на фуллерене второго слоя из-за ослабления их взаимодействия с положительными зарядами, индуцированными в металлической подложке

Полученные в [1] результаты открывают путь к целенаправленному синтезу фуллеридов с заданными свойствами. Такой же подход можно попробовать применить и к пленкам из фуллеренов C₂₀ – пока еще не синтезированным экспериментально, но представляющим огромный интерес как кандидат в новые высокотемпературные сверхпроводники.

Автор – Л. Опенов

• 1. Y.Wang et al., Nature Mater. 7, 194 (2008)