有机材料拥有分子间相互作用灵活、富含氢元素、分子可设计性强等独特优势，为通过强电子-声子耦合、激子介导配对等机制，实现非常规超导、探索高温超导提供了理想的材料体系。然而，如何在温和条件下实现有机体系的高温超导，是当前凝聚态物理领域极具挑战性的前沿科学难题。近日，中国科学院理化技术研究所薛面起团队应邀在物理学期刊Reports on Progress in Physics上发表题为Toward high‑temperature superconductivity in organic systems的综述文章，系统梳理有机超导四十余年发展脉络，剖析四大类有机超导材料的物性特征与配对机制，结合有序共轭高分子领域的研究积累，提出面向有机高温超导的可行技术路线，为后续该领域的实验探索和理论建模提供重要参考。

图1 有机超导体分类示意图，主要包括聚合物、芳香化合物、有机电荷转移盐与碳基材料四类体系。

有机超导材料主要包括有机电荷转移盐、碳基材料、芳香化合物和聚合物四大类（图1）。综述系统梳理了不同体系的超导性质及配对机制，指出有机超导并不存在单一的配对范式，其机制涵盖声子介导、电子关联及量子涨落驱动等多种类型。有机电荷转移盐包括TMTSF、TMTTF、BEDT-TTF、DMET和M(dmit)₂等体系（图2），超导态通常出现在自旋密度波、自旋-Peierls态、莫特绝缘态或量子自旋液体等竞争物态附近，部分体系表现出节点或高度各向异性的超导能隙，体现出关联驱动配对的特征，但常规配对机制仍不能完全排除。碳基超导材料包括插层石墨、掺杂富勒烯及石墨烯等，其中部分体系可由电子-声子耦合机制较好描述，而魔角石墨烯中的超导则与强电子关联密切相关。碱金属掺杂芳香化合物中，团队观测到最高33.1 K的超导转变，且T_c随芳香环链长度增长而升高。聚合物超导体中，(SN)ₓ与Cu-BHT分别呈现弱耦合BCS和强关联非常规超导特征。

图2 有机电荷转移盐的相图及T_c对比。（a）TMTSF和TMTTF盐的相图，（b）M(dmit)₂盐的相图，（c）κ-(BEDT-TTF)₂X盐的温度-有效压力相图，（d）TMTSF、BEDT-TTF、DMET以及M(dmit)₂盐及其结构类似物的T_c对比图。

根据经典BCS电子-声子耦合理论，有机材料的C-H键振动具有远优于传统无机超导体的特征声子能量，从理论层面具备实现高超导转变温度的基础条件。同时，Little的激子介导电子配对机制指出依托共轭高分子主链与极化侧链作用产生激子，并通过激子交换效应构建电子间有效吸引作用，理论上可实现远超室温的超导转变温度。但该理论构想长期缺乏实验验证，核心瓶颈在于传统共轭高分子在聚合过程中易发生分子链扭曲、折叠与缠结，产生大量结构缺陷，引发强烈的载流子散射效应，破坏了库珀配对所需的长程相位相干性，因此难以观测到宏观超导现象。

研究团队在有序共轭高分子方面的长期研究发现，有序共轭高分子可构筑连续规整的载流子输运通道，有效保障载流子离域特性与电子配对的相位相干性，是实现有机高温超导的极具潜力的材料体系。团队提出在有序共轭高分子体系实现高温超导的多条可行技术路径（图3），涵盖化学掺杂、电场诱导离子注入、电化学插层、高压调控、邻近效应诱导、层间诱导调控等调控路径。团队前期已在多种高分子材料体系中，观测到类超导的输运特性与抗磁响应信号，为该方向研究提供了实验支撑。

在此基础上，综述进一步明确了有机高温超导领域的未来发展方向，即新型碳氢分子材料构筑、载流子掺杂改性、高压条件调控、异质结构筑四大发展方向。指出有机超导研究目前仍面临精准可控材料合成的技术瓶颈，同时亟需构建更为完善的理论体系，希望更多从事有机材料合成与理论模拟的科研工作者积极投身该研究领域，通过实验与理论的深度融合、协同攻关，共同推动有机高温超导领域实现持续创新与突破。

图3 在有序共轭高分子中探索高温超导的可行路径以及相关的实验数据。

该综述文章的通讯作者为理化技术研究所薛面起研究员，陕西师范大学和北京高压科学研究中心为合作单位，相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1088/1361-6633/aeaaf2