【正文】 這表明，這類超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度因摻雜金屬元素而不同，此外，摻雜了的C60可以形成各向異性的三維超導(dǎo)體，它的臨界電流、臨界磁場(chǎng)及相干長(zhǎng)度都較大，易于加工成型，因此作為實(shí)用化超導(dǎo)材料有著巨大的潛力。以后世界各地相繼完成C60的Rb、Rb、Cs、Cs的摻雜，超導(dǎo)臨界溫度高達(dá)30K，已經(jīng)高于超導(dǎo)合金的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并超過了以前的任何一種有機(jī)超導(dǎo)體。1991年3月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)導(dǎo)了他們?cè)谶@方面的新發(fā)現(xiàn)①。由于C60分子在格點(diǎn)上做無序轉(zhuǎn)動(dòng)，使C60固體在某些方面又與非晶態(tài)類似，因此，C60成為繼硅、鎵和鎵砷之后的新型半導(dǎo)體材料。首先，理論和實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，C60可以整齊地沉積在平坦的晶體上，如砷化鎵的表面，形成面心立方結(jié)構(gòu)。如果能較早地從苯結(jié)構(gòu)及其奇異性質(zhì)中受到啟發(fā)，C60的發(fā)現(xiàn)，將有可能更提早幾十年。此外，這種環(huán)狀分布，沒有重疊于分子平面的節(jié)面，波長(zhǎng)必然較長(zhǎng)，減小了能量，這就是苯環(huán)比較穩(wěn)定，不易進(jìn)行加成反應(yīng)的原因。解這個(gè)方程求出本征值和本征解，解決了平面結(jié)構(gòu)的共軛分子π電子軌道和能量，表明苯中基態(tài)碳電子云呈雙面包圍狀分布。 1931年，德國(guó)物理學(xué)家哈克爾（）利用他的簡(jiǎn)化設(shè)想，對(duì)上述問題做了解釋。無論哪一種都與CC鍵等長(zhǎng)的事實(shí)及正六邊形對(duì)稱性設(shè)想矛盾。然而為保持碳的4價(jià)性，必須假定，苯環(huán)中應(yīng)間隔地出現(xiàn)三個(gè)雙鍵。據(jù)他講述，這個(gè)夢(mèng)使他得到了開創(chuàng)性的結(jié)論，苯的六個(gè)碳原子形成一個(gè)環(huán)。凱庫(kù)勒早年曾對(duì)建筑感興趣，加上苯問題長(zhǎng)期索繞，生出靈感，使他在1865年乘車打盹的時(shí)候，看到許多原子在跳輪舞。這一奇異的性質(zhì)的關(guān)鍵在于它異乎尋常的結(jié)構(gòu)。例如，為什么這樣一種高度不飽和的烴卻如此穩(wěn)定。1925 年，著名物理學(xué)家法拉第從當(dāng)時(shí)用作照明的氣體中分離出苯。 C60屬于芳香族，它的每一個(gè)六角環(huán)都類似一個(gè)苯環(huán)，這一點(diǎn)使人們憶起苯結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。利用掃描隧道望遠(yuǎn)鏡也清楚地顯示了緊密堆集的足球60角形陣列。1990年末，霍金斯(）等人成功地制備出C60的四氧化鋨加成物。 重 要的是對(duì)C60結(jié)構(gòu)的確認(rèn)，這不僅需要有足夠的樣品，還需要一系列測(cè)試手段與技術(shù)的開發(fā)，諸如質(zhì)譜碳13核磁共振儀、傅立葉紅外、紫外及可見光吸收光譜、高效液相色譜、隧道掃描顯微鏡、X射線衍射等。此外，天文學(xué)家不久前觀測(cè)到某些紫外吸收帶的根源可能來自星際空間的C60。克羅托等人的這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義。由于這一結(jié)構(gòu)受到富勒的短線穹窿建筑所啟發(fā)，遂命名為巴克明斯托相鄰的碳原子間以8p2雜交軌道形成共軛雙鍵，而在多面體構(gòu)架的內(nèi)外，圍繞著電子云。富勒設(shè)計(jì)成功的圓頂建筑①的啟發(fā)，他們把C60分子設(shè)想為具有12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊球組成的32面體結(jié)構(gòu)，它近似為球形，恰有60個(gè)頂角，60個(gè)碳原子各占一角，它們均處于彼此等價(jià)的位置。由于原子簇中“60”這數(shù)很大，又由于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果異常穩(wěn)定，他們認(rèn)為C60不應(yīng)存在懸鍵。經(jīng)質(zhì)譜觀察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生了豐度約40倍于其它臨近信號(hào)的C60分子，同時(shí)還找到了C70分子的質(zhì)譜信號(hào)。他們用大功率激光轟擊石墨表面，并用氦氣流將碳碎片構(gòu)成的等離子體吸入帶有噴嘴的集結(jié)區(qū)。他發(fā)現(xiàn)在C+n中，除了在n＜30中，出現(xiàn)幻數(shù)1119以外，在n＞30中，還存在n=60、70的幻數(shù)。 （四）有機(jī)分子C60研究 1．從星際物質(zhì)研究到C60的發(fā)現(xiàn) 長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為石墨和金剛石是僅有的兩種碳的同素異構(gòu)體，1985年9月C60的發(fā)現(xiàn)不僅沖破了這一觀念，而且隨著對(duì)C60的研究導(dǎo)致一系列新實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)的開發(fā)，更進(jìn)一步豐富了人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。其中形狀方程的導(dǎo)出、紅血球精確解的得出，環(huán)形膜泡的發(fā)現(xiàn)和手征生物膜理論的建立等均出自中國(guó)學(xué)者之手。液晶生物膜理論是70年代才發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科。他們由膜與線場(chǎng)能量的變分得到了曲面與線場(chǎng)的平衡方程，從方程的解恰好得到了膜從泡形到扭曲帶，再?gòu)呐で鷰ё兓街温輲У淖兓^程，不僅與實(shí)驗(yàn)的觀察相符合，而且得到了螺管的半徑與螺矩同為一個(gè)數(shù)量級(jí)，～10μm。他們把OseenFrank液晶自由能項(xiàng)對(duì)體積積分，得到手征膜自由彈性能的表述式。他們認(rèn)為，手征生物膜在溫度降低時(shí)，分子發(fā)生傾斜。1988年，海爾弗里奇與普洛斯特（Prost）把撓曲彈性的解釋推廣到膜表面，不僅解釋了纏繞的藤帶形態(tài)，還說明泡解體后所形成的扭曲螺帶形態(tài)。 1987年，德燃納曾把生物膜的卷曲力歸結(jié)為分子鐵電性與邊緣極化電荷的相互作用。鍍金或銅后，這種管子可用于光電技術(shù)、微形手術(shù)和制作藥物導(dǎo)彈等。立刻有人從這種奇妙的特性中看到了它的價(jià)值。螺矩 ～10μm。在較高的溫度下，這類膜呈閉合泡狀，溫度降到某一臨界溫度下，泡解體，膜分子重新凝聚為一扭曲的螺帶。 80年代初，中國(guó)物理學(xué)者林克椿曾對(duì)天然生物膜的螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。就是在組成生物的各個(gè)層次中，也普遍存在著手征不對(duì)稱，如地球上發(fā)現(xiàn)的氨基酸多為左旋，蛋白質(zhì)和DNA基本上是右旋。手征生物膜屬螺旋相液晶。它不僅密切了物理與生物兩大學(xué)科的溝通與合作，而且進(jìn)一步把液晶生物膜的研究推向高潮。 1992年，該實(shí)驗(yàn)室又從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了非對(duì)稱的環(huán)形泡，1993年，歐陽(yáng)仲燦再次證明，這種稱為杜邦環(huán)面的非對(duì)稱環(huán)形泡是海爾弗里奇方程的又一個(gè)精確解。由此，紅血球的形狀成為一個(gè)長(zhǎng)期懸而未解之謎。他令H為膜面平均曲率，膜面彈性勢(shì)能E=∮ （2H）2dA應(yīng)呈最小值，由此經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬，恰好得到雙凹碟形狀態(tài)。然而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膽固醇在膜上的分布是均勻的。這個(gè)說法又被電鏡的檢驗(yàn)否定。這一假設(shè)又被實(shí)驗(yàn)所否定。這個(gè)模型類似兩個(gè)彈性薄殼包住各向同性液體的“三明治”，為使薄殼呈向內(nèi)凹狀，必須假定薄殼厚度是不均勻的，然而這個(gè)假設(shè)與顯微鏡的觀察并不一致。從60年代到70年代初，這個(gè)問題曾吸引許多生物與物理學(xué)家，他們嘗試從不同角度提出各種模型進(jìn)行解釋。1974年，在斯德哥爾摩召開的第五屆國(guó)際液晶會(huì)議上，人們把生物膜與溶致液晶正式聯(lián)系在一起進(jìn)行討論。1933年，法拉第液晶討論會(huì)上，生物結(jié)構(gòu)的液晶性質(zhì)被正式提出來討論。1988年他又出版了一部關(guān)于生物膜的專著③。1958年以來，這位液晶基礎(chǔ)性研究的巨匠又開始了生物膜的研究。德燃納運(yùn)用他處理液晶相變時(shí)簡(jiǎn)捷的數(shù)學(xué)技巧，再一次在新的方向上做出了不少創(chuàng)造性的工作。由70年代發(fā)展起來的，如中子衍射、激光非彈性散射等新實(shí)驗(yàn)手段為高分子長(zhǎng)鏈在大尺度范圍的構(gòu)型研究準(zhǔn)備了條件。德燃納被任命為巴黎物理化學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)。 70年代末，液晶基礎(chǔ)理論研究獲得的成果，促進(jìn)了一些相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展。這一理論把系統(tǒng)的自由能密度在相變點(diǎn)附近，展開成序參數(shù)及空間微分的冪級(jí)數(shù)。除此以外，有人還從平均場(chǎng)出發(fā)，提出了一些其它液晶分子的統(tǒng)計(jì)理論。其中有因Ising模型二維嚴(yán)格解，同時(shí)建立從普通鈾238中分離鈾235的氣體擴(kuò)散法基礎(chǔ)理論而聞名于世，并獲得1968年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的美國(guó)化學(xué)家翁薩格（Onsager，Lars 1903～1976），他建立了“硬柱”模型絲狀液晶相變理論。德燃納的這一理論發(fā)現(xiàn)，使統(tǒng)治液晶研究幾十年的分子群落理論走向衰亡。這一理論結(jié)果很快被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。他認(rèn)為，由指向矢空間運(yùn)動(dòng)的傅立葉變換，可以把漲落轉(zhuǎn)化為波矢空間諧振子的振動(dòng)。 德燃納首先抓住了液晶光的反常散射這一基礎(chǔ)性課題。很快地，這一研究組在液晶光電效應(yīng)的研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。 2．德燃納對(duì)液晶基礎(chǔ)性研究的貢獻(xiàn) 德燃納（de Gennes，Pierre Gilles 1932～）年僅26歲時(shí)，便被任命為巴黎大學(xué)固體物理學(xué)教授，在該校講授金屬與合金的超導(dǎo)理論。這一理論在物質(zhì)的分子、原子層次之上，又增添了一個(gè)“群落”的新層次。他們根據(jù)液晶對(duì)光的散射強(qiáng)度，因而每個(gè)分子群落約含有105個(gè)分子。該學(xué)說認(rèn)為，液晶是分子群落的混成體。液晶發(fā)現(xiàn)后，曾吸引玻恩、德布羅意、玻色等一些著名物理學(xué)家投身到這一領(lǐng)域研究。膽甾相的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，它的流體力學(xué)方程已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。1961年和1968年。從30到60年代的30多年間，關(guān)于液晶形成了兩大理論體系。 1933年，法拉第學(xué)會(huì)召開的研討會(huì)上，液晶首次得到正式承認(rèn)。曾因建立熱力學(xué)第二定律獲得1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的能斯脫（Nernst， Hermann Walter 1864～ 1941）就堅(jiān)持認(rèn)為，液晶只不過是液體與晶體的