Superconduttività nei Materiali Fullerenici

Il fenomeno della superconduzione è osservabile in numerosi classi di materiali: tra queste i più comuni sono elementi metallici, leghe, materiali ceramici. L’intervallo delle temperature di transizione fino ad oggi ottenute varia da 90.0 K per il composto YBa2Cu3O7 (YBCO) fino a 0.001 K per l’elemento Rh. Alcuni materiali diventano superconduttori solo in condizioni di alta pressione, per esempio il Si superconduce per P=165 kbar con TC=8.3 K.
I fulleruri sono i composti organici con la più elevata temperatura critica, e se confrontati con tutti gli altri materiali, sono secondi soltanto agli ossidi del rame.
I composti più interessanti di questa categoria finora scoperti sono RbCs2C60 (TC=33 K), Cs3C60 (TC=40 K in condizioni di alta pressione) e (NH3)4Na2CsC60 (TC=30 K).
Quando la fullerite è intercalata con atomi di metalli alcalini, si ha la superconduttività solo per sistemi trivalenti, dotati di struttura fcc, ma i materiali che soddisfano queste proprietà presentano una temperatura di transizione talvolta superiore ai 30 K. Quando la fullerite è invece intercalata con atomi di metalli alcalino-terrosi o delle terre rare, si incontrano condizioni meno restrittive, compatibili con diversi valori della valenza molecolare e con diverse strutture cristalline, tuttavia in tal caso la temperatura critica è sempre inferiore ai 10 K. Da questa considerazione, quindi, i fulleruri classificati in due classi, i sistemi t1u e t1g. Per questi materiali si osserva generalmente un andamento crescente della temperatura di transizione con il parametro reticolare. Tale comportamento suggerisce un metodo chimico per l’aumento della temperatura critica tramite l’intercalazione di molecole elettricamente neutre.
Il carattere isolante di alcuni fulleruri è legato a due cause principali: la prima, relativa in particolar modo ai composti intercalati con ammoniaca, deriva da un aumento eccessivo del parametro reticolare per il quale non si ha più la sovrapposizione degli orbitali molecolari; la seconda, comune a tutti i fulleruri, è relativa alla distorsione del reticolo dalla simmetria fcc, che comporta la localizzazione delle cariche elettriche e la diminuzione della degenerazione delle bande di conduzione, che non risultano più semioccupate.