本网讯（国际有序物质科学研究院）近日，南昌大学国际有序物质科学研究院吕慧鹏副教授等在《铁电化学》的指导下，以手性压电分子盐为前驱体，通过电化学合成手段将手性分子插层到二维材料SnSe₂中，并实现了超导电性和手性特征。研究成果以“Superconductivity in Electrochemically Intercalated R/S-CTA-SnSe₂ by Using Chiral Piezoelectric Precursor”为题发表在 JACS Au上。

超导电性是指某些材料在特定条件下（低温或高压下）电阻突然降为零，同时表现出完全抗磁性（即迈斯纳效应）的现象。超导材料目前在高精尖仪器设备上有极为重要的应用，如核磁共振成像、粒子加速器、超导量子干涉仪等。自从1911年荷兰物理学家昂内斯在金属汞中发现超导电性以来，对新型超导材料和物性的探索长期以来都是世界范围内科学研究的热点，室温常压超导材料若能实现，将彻底变革能源、医疗和交通领域。近年来，二维材料为探索新颖超导性质提供了优异的平台，因此吸引了研究者的广泛关注。把金属离子或有机分子插层到二维材料中，能够大幅提高超导体的临界温度，是调控超导性的关键策略。手性化合物具有天然的非中心对称特性，引入单一手性是铁电化学三大普适性设计策略之一，是设计铁电和压电材料的有效途径。在二维超导体中插层引入手性分子基元，有望实现铁电/压电性和超导性共存、手性诱导的自旋选择性以及超导二极管效应等新颖物性，对推动分子基铁电超导材料的发展和应用具有重要意义。SnSe₂是一种二维硫族化合物材料，它本身不是超导体，但是通过插层能够赋予其超导性，例如人们通过引入插层剂如Co(η-C₅H₅)₂、Li、THF、DMF等诱导出它的超导电性。然而，迄今为止却未能在SnSe₂中实现手性分子插层，这阻碍了对其超导铁电/压电功能耦合以及手性超导特性的进一步探索。

图1.手性压电分子盐R/S-CTA-Cl结构单元和压电系数，R/S-CTA手性分子插层SnSe₂的结构示意图、手性特征、超导抗磁转变和零电阻特性

鉴于此，国际有序物质科学研究院科研团队以手性压电分子盐R/S-CTA-Cl（CTA=3-氯-2-羟丙基三甲基铵）为前驱体，通过电化学插层方法成功合成获得了二维超导材料R/S-CTA-SnSe₂（图1）。R/S-CTA-Cl室温结晶于手性极性空间群P2₁，压电力显微镜测试得出其压电系数约为24pm/V。把R/S-CTA-Cl作为前驱体插层到SnSe₂之后，结合多种结构表征手段验证了插层产物层间距明显增大，说明手性分子R/S-CTA成功插层进入了SnSe₂晶格。R-CTA-SnSe₂和S-CTA-SnSe₂呈镜像对称的圆二色谱反映出插层产物具有典型的手性特征。磁性和输运性质测量表明其在临界温度5 K附近出现抗磁转变和零电阻特性，证实了它的超导电性，而且面内面外测试表明其具有高达6.98的上临界磁场各向异性比，揭示出二维超导电性特征。还通过压电力显微镜测试了其压电和铁电行为，但是由于样品高电导率带来的电荷屏蔽效应，R/S-CTA-SnSe₂未能表现出压电和铁电性。尽管如此，本工作首次在二维材料SnSe₂中成功实现了手性分子插层，并赋予了其手性特征和超导电性，为深入探索铁电超导和手性超导行为提供了新的材料平台和研究思路。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00739

编    辑：李峥

责任编辑：余韵