Japanske forskere præsenterer i denne uge i Nature det første nye organiske superledende materiale i mere end ti år.

"Det er en meget spændende nyhed, som vil stimulere forskning i lignende materialer," skriver Matthew Rosseinsky og Kosmas Prassides fra Durham University i en kommentar i Nature.

Ryoji Mitsuhashi fra Okayama University i Japan har taget udgangspunktet i molekylet picen (C22H12), som er et fladt molekyle, der består af fem benzenringe. Imellem de flade lag af picen er indført kaliumatomer, og når forholdet mellem kaliumatomer og picenmolekyler er omkring tre viser det sig, at materialet er elektrisk superledende ved lave temperaturer.

Den højeste værdi for grænsen mellem superledning og normal elektrisk ledningsevne i Kx(C22H12) er på 18 kelvin og er fundet for et materiale, hvor der er 3,3 kaliumatomer pr. picenmolekyle (x = 3,3).

Pi-elektronerne er nøglen
Det er ikke alle kulbrinte-forbindelser, som er interessante, når det drejer sig om elektrisk ledning.

Hvis kulstofatomer og brintatomer udelukkende er forbundet til hinanden med enkeltbindinger, er der tale om stærke sigma-bindinger, hvor elektronerne, der indgår i bindingen, er ude af stand til at lede elektricitet.

Er der derimod tale om dobbelt- eller trippelbindinger, vil der være tale om en stærk sigma-binding og en eller to svagere pi-bindinger, hvor elektronerne er mindre tæt forbundet. Pi-elektroner kan tage del i elektrisk ledning og optiske processer. Organisk elektronik, der finder anvendelse inden for bl.a. displays og solceller, er derfor baseret på pi-elektroner.

Superledning baseret på pi-elektroner i kulstofbindinger blev første gang observeret i KC8, som består kaliumatomer i mellemrummene mellem flade grafitlag. KC8 er superledende under 0,125 kelvin.

Ved at bruge calciumatomer i stedet for kaliumatomer (CaC6) har man siden bragt overgangstemperaturen op til 11 kelvin. Man kan også indføre metalatomer i det fodboldformede molekyle C60 – og for to år siden fandt man, at Cs3C60 er superledende under 38 kelvin.

Nu hvor Mitsuhashi og Co. har vist, at det simple picenmolekyle har potentiale som superleder, mener Rosseinsky og Prassides, at man kan forvente studier af lignende forbindelse, de såkaldte acener, som er flade kulbrintemolekyler opbygget med et varierede antal benzenringe.