俄國科學家最近制備出一種摻硼金剛石,這種金剛石因具有特殊的超導特性而引起了科學家的極大興趣。
金剛石原是電絕緣體,硬度極高,導熱性比銅好,這些優(yōu)良性能源于它所具有的特殊結(jié)構和共價鍵。如果在金剛石中摻入其他元素作為載流子,它又會變成電導體。硼原子比碳原子少一個電子,在金剛石中能產(chǎn)生一個有效空穴,成為電荷受體,由硼原子引入的空穴所產(chǎn)生的受體能級位于金剛石的價帶頂端,距離導帶約5.5電子伏處。硼與其他潛在的摻雜元素相比,原子半徑小,易于進入金剛石晶格中,并容易獲得較高的摻雜濃度。摻硼金剛石的電子傳導研究表明,當硼原子濃度n≈1017~1019/厘米3時,產(chǎn)生活化能大約為0.35電子伏的半導電性。隨著硼濃度增高,活化能將逐漸減小,當n≥1020/厘米3時,摻硼金剛石顯示出類金屬行為,數(shù)值1020被稱為絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變濃度。
科學家將B4C和石墨在高溫(2500 ~2800K)、高壓(約1010Pa)下進行反應,得到直徑1~2毫米并具有類金屬光澤的多晶團簇,生成的摻硼金剛石晶粒的直徑只有幾微米,而電阻率、磁導率、比熱等物理性能的測試表明,摻硼金剛石屬于II型超導體,在低于超導轉(zhuǎn)變溫度Tc≈4K時顯示出超導性質(zhì)。金剛石型結(jié)構的碳的超導性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)提示科學家,具有同樣結(jié)構的硅、鍺在適合的條件下也有可能產(chǎn)生超導性。