有机分子本来似乎不大可能成为新一代的超导体，但由于其具有无比的适应性，因而正挤进角逐新材料的行列。
自6年前G · 贝诺兹和A · 穆勒发现“高温”超导体以来，材料科学就揭开了新的一页。以陶瓷氧化物为基础的这一类材料，首次具有在实用意义的高温范围内零电阻导电的特性。
然而还存在着另一类人们不太熟悉的新的超导材料。它们以有机分子为基础，通常跟陶瓷一样，是绝缘体，因此，期望它具有超导性，乍看起来似乎有点离奇，但是它们的确具有超导性；尽管它们只是在较高温超导体为低的转变温度下才具有超导性，许多研究工作者仍然认为，最终还是有机超导体更见实用。首先，它们重量轻，有可能用于轻型发动机和电磁体等场合，其次，也许是最重要的，它们主要以碳原子为基础，其分子结构和组成的各种可能的不同组合几乎是无限的，且化学工作者可予以操纵。
有机超导体的性能基本上与所有其他超导材料一样。通常在某个远低于常温的临界“转变温度”下，由普通的导电体转变为超导体。自1911年荷兰物理学家H. K. 昂奈斯发现冻结的汞在转变温度4.15 K具有超导性以来，已发现了几十种金属和合金具有超导性，截止1986年，最高的转变温度为23 K左右，这就是铌锗合金Nb Ge的转变温度，远低于液氮的沸点（77 K）—一通常实际应用的最低温度。
1986年，随着贝诺兹和穆勒发现金属氧化物（镧－钡－铜氧化物LaBa2CuO4）在将近30 K的较高温度下具有超导性以来（两人因此相继获诺贝尔奖），情况发生了显著的变化。接着发现了更高转变温度的氧化铜陶瓷材料，最后以1988年发现转变温度为125 K的铊－钙－钡－铜氧化物（Tl2Ca2Ba2Cu3O10）而达到顶峰。许多人曾认为，这样高的转变温度或许不受BCS理论的支配，但随后认识到情况并非如此。撇开较高的转变温度不论，陶瓷材料通常还是优异的绝缘体，所以它们很值得注意。
大多数有机固体物质也是绝缘体，通常很少显示哪怕是一点点诸如光泽和延展性金属等性质。尽管如此，有些有机化合物确实显示金属的导电性和超导性。除了它们的传导电子来自有机分子外，这些导电材料的导电性与一般金属颇为相似，故往往称之为有机合成金属。
合成金属
跟超导性概念的产生差不多同时，合成金属概念的产生可回溯至1911年，当时芝加哥大学的两位化学家H. 麦科伊和W. 穆尔推测，“合成金属物质”可由非金属元素合成。1964年，形势有了发展，斯坦福大学的物理学家W. 利特尔推测，应有可能制得有机超导体。他得出结论，某些有机聚合物可在高于室温的温度成为超导体。但要合成利特尔设想的这种聚合物是有困难的，迄今尚未发现任何超导的有机聚合物，不过，有些含化学添加物质的聚合物，诸如添加碘的聚乙炔，乃是像金属一样的优良导电体。
鉴于上述原始的推测，从几个方面对有机超导体进行探索，第一批真正的有机合成金属之一，是称作TTF-TCNQ的叠合环状化合物，是1972年由许多不同的研究小组分别制得的。它能导电，但无超导性。随后，1979年巴黎大学的D. 杰罗姆和哥本哈根大学的K. 比奇伽尔特发现了第一个有机超导体，即以四甲基四硒富瓦烯（TMTSF）为基础的有关化合物，其转变温度为0.9 K，化学式为(TMTSF)2PF6。
这些化合物是称作电子电荷转移盐的晶状固体、这一类盐由阴离子和阳离子作规则排列而成，一如氯化钠晶体，所不同的在于其离子是带电荷的分子，而不是带电荷的原子，且晶体结构复杂得多。这一类盐由有机电子供体或电子受体分子——易于在化学反应或电化学反应中被称作抗衡离子的适当离子所氧化（失去电子）或还原（获得电子）的分子制成。
1979年就开始了合成转变温度高的有机超导体的角逐。目前有40种以上超导的电荷转移盐，其中有些转变温度高于30 K。许多只是在高压下才具有超导性，因为压力可抑制通常使金属导体转变为绝缘体的低温结构转变或磁性转变（对于有机的电荷转移盐来说，这种转变是极其常见的），但有一半以上的有机电荷转移盐在常压下即具有超导性。
1991年前，转变温度的提高大多数是靠有机分子双乙二硫代四硫杂富瓦烯的盐（常缩写为ET，它是宾夕法尼亚大学的M · 卡瓦在1978年合成的）实现的。1983年，加利福尼亚IBM实验室的科学工作者发现的铼化合物(ET)2ReO4，加压下的转变温度达2 K。翌年，前苏联科学家发现了第一个ET的常压超导体——碘盐β-(ET)2I3，转变温度为1.4 K。同年，我们阿贡实验室研究小组把转变温度提高至3 K（含溴的β-(ET)2IBr2）。1985年，转变温度达8 K（β-(ET)2I3）；1988年，硫氰酸铜化合物κ-(ET)2Cu(NCS)2达10 K，1990年，二氰胺合铜盐κ- (ET)2Cu[N(CN)2]Cl达13 K；1991年，巴基球C60的钾盐K30C60的发现，把转变温度提高至19 K。巴基球跟铷、铯的化合物Rb2CsC60创33 K的最高纪录。随着每一步跃进，化学工作者正在逐步逼近使这些材料的转变温度达到实用程度的目标。
虽然要寻找转变温度高得多的、实用的新材料分子仍然是艰巨的任务，但研究工作者已得出一些有用的准则。有机材料要成为超导体，就必须是像寻常的金属那样的金属型的导电体，研究工作者能够理解：为什么大多数有机化物系绝缘体，而这些有机固体物质却像金属。固体中电子的“转移过程”起着关键的作用，因为电荷转移导致有机固体从绝缘体状态向具有传导电子的状态转化。
流动电子
要彻底理解这一作用机理，需要有深入一步的固体量子理论的知识，但简单的概念看来是这样的。所有普通金屑均有传导电子——在外电场作用下能通过固体传递电荷的流动电子。有机固体物质通常没有传导电子，这是因为电子均牢固地处于把分子内原子结合起来的键力中，但如果固体中的每一个中性有机分子或分子对（如(ET)2）的一个电子被转移至某一个诸如Is的电子受体分子，形成离子型盐(ET)2I3，则至少每个有机正离子(ET)2+留下一个没有牢固处于键合中的电子。这些电子可成为传导电子，与普通金属中的传导电子很相似，只有当有机分子易于被离子型盐中适当的阴离子所氧化和稳定化，才可能发生上述重要的电荷转移过程。这一条件常难于满足，因而合成新的超导有机盐颇为困难。
以电荷转移盐为基础的合成金属的机理是这样的，ET和TMTSF等有机供体分子呈不同程度的扁平状，可叠合成对，即成二聚物，像薄的烤饼一样，可形成分子正离子的长柱。这些分子中的硫原子或硒原子起着十分重要的作用。由于这些原子相当大，它们还会在相邻的分子束间相互作用，形成扩展的硫或硒的网络，传导电子即围绕着这一网络运行，而且末端氢原子还会与三碘离子（I3-）或溴化二氰胺合铜离子｛Cu[N(CN)2]Br}-等阴离子相作用。上述两种作用的总结果，形成了有机分子阳离子层和上下均为阴离子层的多层夹层结构。阴离子层的作用颇似有机供体分子导电层之间的惰性垫层，因之从一个阳离子层穿过阴离子层到另一阳离子层的导电性，较之有机层内的导电性要小得多。
含扁平有机分子的电荷转移盐并不是有机超导体的唯一类型。1991年，美国电话电报公司贝尔实验室的研究工作者发现了巴基球——球形的、同扁平的有机分子没有多大区别的C60电子受体分子的超导盐。这种巴基球化合物的转变温度比其他的电荷转移盐高。在巴基球与钾的化合物中，每个C60分子从3个钾原子中接受3个电子，形成(K+)3C603-盐。钾离子精巧地固定在C603-的大阴离子间的空隙中，因而对其状态没有多大的干扰。
寻求更好的超导体，不失为弄清楚超导机理的一个途径，我们在阿贡国家实验室一直在研究已知结构与性能之间的关系，旨在获得制取转变温度更高的新的有机材料的某些准则。基本的想法是逐步改变已知超导体的结构以提高其转变温度。我们制造了以β-(ET)2I3为基础的化合物，用类似的线型阴离子二碘金酸根离子（AuI2-）和二溴碘离子（IBr2-）代替三碘离子（I3-）。这三种化合物形成常见结构的超导盐系列，然而我们发现，另一些较短的阴离子，如二氯碘离子ICL2-等组成的盐原来是绝缘的。
应如何了解这些奇异性质的意义呢？为什么这种分子有些是超导体，而另一些却不是？有相当费解的三点引起了我们的注意：其一，在常压下超导体β-(ET)2AuI2和β-(ET)2IBr2的晶体结构是完全有序的，而β-(ET)2I3的ET分子中的一些碳原子则作无序排列。其二，在压力下，β-(ET)2I3完全变为有序排列，转变温度则由译注：据闻，日本国立金属研究中心已经制得巴基球与碘的化合物，转变温度高达57 K，1.4 K升至8 K。其三，非超导盐β-(ET)2I3Br的阴离子比IBr3-长，因而本应具有超导性。
大的最佳
看起来，掺入大的阴离子是提高这类有机超导体转变温度的一个途径。卤素原子中碘原子最大（放射性的稀有元素砹除外），I3-是最大的线型三卤离子。但我们认为，还有像溴化二氰胺合铜离子这样大的线型阴离子，它们会起与卤素离子同样的作用，因而可提供合适的替代。早在1978年，东京大学的初实浦山及其同事们在制取转变温度为10.4 K的κ-(ET)2Cu(NCS)2的新盐方面就已获得了一定的成功，1990年，我们阿贡实验室的研究小组制造了转变温度为11.6 K的κ- (ET)2Cu[N(CN)2]Br和转变温度为12.8 K（在300巴压力下）的κ- (ET)2Cu[N(CN)2]Cl。在迄今所有含扁平有机供体分子的盐类中，这些新材料的转变温度是最高的。
这就促使我们思考这些盐是怎么会有超导性的。有间接的证据证明，转变温度的提高，多少同固体中超导电子偶对与原子振动的协同作用的强度提高有关。由BCS理论可预期到这种联系，但其他关于分磁场的响应的详尽研究以及所谓“μ介子自旋共振”的一些奇特试验表明，这一类超导体涉及一种不能完全由通常的BCS理论所解释的电子耦合机理。
从实用的角度看，有机超导体跟其他所有超导体的一个重要区别，在于其密度低——每立方厘米约2克，它们的密度仅为铌等普通超导金属的20%至30%。这是因为碳原子的质量小而原子和分子间的距离大。虽然对有机分子的超导性还没有彻底弄清楚，但新的有机超导体样品在不断被合成出来，这意味着将会涌现出某些异常出色的新材料。
[New Scientist，1992年11月14日]