富勒烯
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富勒烯（Fullerene），是一種完全由碳組成的中空分子，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環還有五元環，偶爾還有七元環。
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簡介
富勒烯（Fullerene）是一種完全由碳組成的中空分子，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環還有五元環，偶爾還有七元環。1985年英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理查德·斯莫利在萊斯大學製備出了第一種富勒烯，即「C60分子」或「[60]富勒烯」，因為這個分子與建築學家巴克明斯特·富勒的建築作品很相似，為了表達對他的敬意，將其命名為「巴克明斯特·富勒烯」（巴克球）。飯島澄男早在1980年之前就在透射電子顯微鏡下觀察到這樣洋蔥狀的結構。自然界也是存在富勒烯分子的，2010年科學家們通過史匹哲太空望遠鏡發現在外太空中也存在富勒烯。「也許外太空的富勒烯為地球提供了生命的種子」。在富勒烯發現之前，碳的同素異形體的只有石墨、金剛石、無定形碳（如炭黑和炭），它的發現極大地拓展了碳的同素異形體的數目。富勒烯和碳納米管獨特的化學和物理性質以及在技術方面潛在的應用，引起了科學家們強烈的興趣，尤其是在材料科學、電子學和納米技術方面。
評價
在可以大量生產C60後其很多性質被發現，很快Haddon等人發現鹼金屬摻雜的C60有金屬行為，1991年發現鉀摻雜的C60在18K時有超導行為這是迄今最高的分子超導溫度，之後大量的金屬摻雜富勒烯的超導性質被發現。研究表明超導轉化溫度隨着鹼金屬摻雜富勒烯的晶胞體積而升高。銫可以形成最大的鹼金屬離子，因此銫摻雜的富勒烯材料被廣泛研究，近來報道Cs3C60As在38K時超導性質，不過是在高壓下。常壓下33K時具有最高超導轉化溫度的是 Cs2RbC60。C60固體超導性的BCS理論認為，超導轉變溫度隨着晶胞體積的增加而升高，因為C60分子間的間隔與費米能級N（εF）的態密度的升高相關，因此科學家們做了大量的工作試圖增加富勒烯分子間的距離，尤其是將中性分子插入A3C60晶格中來增加間距同時保持C60的價態不變。不過，這種氨化技術意外地得到了新奇的富勒烯插入複合物的特別的性質：Mott-Hubbard轉變以及C60分子的取向/軌道有序和磁結構的關係。C60固體是由弱相互作用力組成的，因此是分子固體，並且保留了分子的性質。一個自由的C60分子的分立能級在固體中只是很弱的彌散，導致固體中非重疊的帶間隙很窄，只有0.5eV。未摻雜的 C60固體，5倍 hu帶是其HOMO能級，3倍的t1u帶是其空的LUMO能級，這個系統是帶禁阻的。但是當C60固體被金屬原子摻雜時，金屬原子會給t1u帶電子或是3倍的t1g帶的部分電子占據有時會呈現金屬性質。雖然它的t1u帶是部分占據的，按照BCS理論A4C60的t1u帶是部分占據的應該有金屬性質，但是它是一個絕緣體，這個矛盾可能用Jahn-Teller效應來解釋，高對稱分子的自發變形導致了它的兼併軌道的分裂從而得到了電子能量。這種Jahn-Teller型的電子-聲子作用在C60固體中非常強以致於可以破壞了特定價態的價帶圖案。窄帶隙或強電子相互作用以及簡併的基態對於理解並解釋富勒烯固體的超導性非常重要。電子相互斥力比帶寬大時，簡單的Mott-Hubbard模型會產生絕緣的局域電子基態，這就解釋了常壓時銫摻雜的C60固體是沒有超導性的。電子相互作用驅動的t1u電子的局域超過了臨界點會生成Mott絕緣體，而使用高壓能減小富勒烯相互間的間距，此時銫摻雜的C60固體呈現出金屬性和超導性。[1]