背景介绍
年，溶剂化富勒烯首次被发现在高压调控下可转变为“长程有序排列的非晶碳团簇”(Science,,)。这种由“无序结构单元”组成的晶体结构的发现，改写了人们传统认知中对晶体的基本定义，完美地将“无序”和“有序”这两个原本格格不入的结构特点有机地融入同一个晶体结构中，扩展了晶体结构的类型。
溶剂化富勒烯可以看作是一种掺杂富勒烯，通过选择不同类型的溶剂，可以获得不同晶体结构的溶剂化富勒烯，进而通过高压手段获得不同排列形式的“长程有序非晶碳团簇”(JournalofPhysicsandChemistryofSolids,84,85;MatterRadiat.Extremes,4,;Carbon,,)。但是目前对于溶剂化富勒烯体系的大量高压研究都仅聚焦于结构，而对这种特殊结构的形成过程、中间态的形式、以及各阶段的物理性质等仍然未知。
成果简介
本研究通过溶剂挥发法制备获得C60*m-xylene晶体，使用金刚石对顶砧高压技术结合阻抗、变温电阻、和拉曼光谱等原位研究手段，对溶剂化对C60*m-xylene的高压结构演变和伴随的导电性质进行了细致研究。发现C60*m-xylene在常压条件下为绝缘体特性；当压强增大到8GPa时，溶剂化结构的C60开始发生两两聚合，导致电阻迅速降低，转变为变程跃迁电导类型（VRH）的半导体。当压强超过25GPa后，C60笼状结构开始发生坍塌，从而形成长程有序排列的非晶碳团簇，电阻和激活能随之升高。在卸压过程中，电阻表现出很大的迟滞现象，说明完整的碳笼和破碎的碳笼具有不同电学性质。跟纯富勒烯相比，C60*m-xylene中的C60发生二聚和坍塌的压强分别获得5GPa和3GPa的大幅提升。本研究不仅揭示了“长程有序排列非晶碳簇”结构在高压下的产生过程和溶剂的调控作用，还测定了它的电输运性质，为认识这种特殊的晶体结构新构型提供了重要数据。
图文导读
C60在m-xylene溶剂化作用下能够生成C60*m-xylene晶体，该晶体中C60分子和m-xylene互相间隔排列，常压条件下表现为绝缘体特性。在8GPa压强作用下，距离最近的C60分子发生两两聚合，导致电阻减小，转变为半导体。当压强达到25GPa时，二聚的C60发生坍塌，形成“长程有序排列的非晶碳簇”，电阻和激活能虽然略有升高，但是仍表现出半导体特性。
作者简介
田永君，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室教授，燕山大学高压科学研究中心创始人和领军者。长期从事高压下新型亚稳材料的设计、合成与物性研究。发表论文余篇，总引用余次，H因子48，单篇文章最高引用达余次。获得国内外授权专利16件。曾获得年度国家自然科学二等奖和年度陈嘉庚技术科学奖。研究成果于年和年2次分别入选中国科学十大进展和中国高等学校十大科技进展。
王霖，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室教授、博导，燕山大学高压科学研究中心核心成员。长期从事材料的超高压调控研究。在晶体结构新构型、非常规超导体的高压相变与超导电性、高压超导氢化物的结构演化规律、压致变色机制等方面取得了系列原创性研究成果。已在包括RevModPhys、Science（3篇）、Nature、PNAS（6篇）、PhysRevLett（2篇）、NatlSciRev（2篇）等期刊发表SCI论文余篇。他入选国家海外人才引进计划青年项目。先后主持国家自然科学基金青年、面上、重大项目课题、重大联合基金课题，科技部重大研发计划子课题，以及教育部新世纪人才计划等项目。目前任中国材料学会空间材料分会副理事长、载人航天工程空间材料科学领域专家组成员、中国材料学会极端条件材料与器件分会委员;兼任《MatterandRadiationatExtremes》客座编辑、《NanoResearch》的青年编委。
文章信息
ZhongyanWu,GuoyingGao,JinboZhang,AlexanderSoldatov*,JaeyongKim*,LinWang*YongjunTian.TunableelectricalpropertiesofC60·m-xyleneandtheformationofsemiconductingorderedamorphouscarbonclustersunderpressure.NanoResearch
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