ฟู ลเลอไรด์เป็นสารประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยไอออนฟูลเลอรีน ฟู ^ลเลอไรด์ทั่วไปเป็นอนุพันธ์ของฟูลเลอรีน ที่พบได้บ่อยที่สุด เช่นC60และ_C70ขอบเขตของสาขานี้กว้างขวางเนื่องจากสามารถมีประจุได้หลายประจุ เช่น [C60 _] n− ⁽ n = 1, 2...6 ₎และฟูลเลอรีนทั้งหมดสามารถเปลี่ยนเป็นฟูลเลอไรด์ได้ คำต่อท้าย "-ide" บ่งบอกถึงลักษณะที่มีประจุลบ

ฟูลเลอไรด์สามารถแยกได้ในรูปอนุพันธ์ที่มี แคตไอออนหลากหลายชนิดอนุพันธ์ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคืออนุพันธ์ที่มีโลหะอัลคาไลแต่ฟูลเลอไรด์ก็สามารถเตรียมได้จากแคตไอออนอินทรีย์เช่นกัน ฟูลเลอไรด์โดยทั่วไปเป็นของแข็งสีเข้มที่ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้ว

จากการคำนวณโครงสร้างอิเล็กตรอนLUMOของ C ₆₀เป็นออร์บิทัลที่มีการเสื่อมสภาพสามเท่าของสมมาตร t _1uโดยใช้เทคนิคโวลแทมเมตรีแบบวงจรสามารถแสดงให้เห็นว่าC _{60 เกิดการรีดักชันแบบย้อนกลับได้หกครั้ง เริ่มต้นที่ −1 V เมื่อเทียบกับคู่} Fc ⁺ /Fcการรีดักชันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในโครงสร้าง และอนุพันธ์จำนวนมากแสดงความไม่เป็นระเบียบ ซึ่งบดบังผลกระทบเหล่านี้ ฟูลเลอไรด์จำนวนมากอยู่ภายใต้การบิดเบี้ยวแบบ Jahn–Tellerในบางกรณี เช่น [ PPN ] ₂ C ₆₀โครงสร้างมีความเป็นระเบียบสูง และสังเกตเห็น การยืดตัวเล็กน้อย (10 pm) ของ พันธะ C−C บางส่วน ^{[ 1 ]}

ฟูลเลอไรด์ได้รับการเตรียมขึ้นด้วยวิธีการต่างๆ ดังนี้:

• ทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลเพื่อให้ได้ฟูลเลอไรด์ของโลหะอัลคาไล:

C ₆₀ + 2 K → K ₂ C ₆₀

• โดยการบำบัดด้วยสารลดแรงตึงผิวอินทรีย์และสารประกอบโลหะอินทรีย์ที่เหมาะสม เช่นโคบอลโตซีนและเตตระคิสไดเมทิลอะมิโนเอทิลีน
• ฟูลเลอไรด์ของโลหะอัลคาไลสามารถทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอออนบวกได้ ด้วยวิธีนี้ เกลือ ( บิส(ไตรฟีนิลฟอสฟีน)อิมิเนียม (PPN ⁺ ) จึงถูกเตรียมขึ้น เช่น [PPN] ₂ C ₆₀ : ^{[ 1 ]}

K ₂ C ₆₀ + 2 [PPN]Cl → [PPN] ₂ C ₆₀ + 2 KCl

เกลือฟูลเลอไรด์ ([K(crypt-222)] ⁺ ) ₂ [C ₆₀ ] ²⁻เกลือถูกสังเคราะห์โดยการบำบัด C ₆₀ด้วยโพแทสเซียม โลหะ ในที่ที่มี[2.2.2]คริปแทนด์

อนุพันธ์ของ โลหะอัลคาไล (Na ⁺ , K ⁺ , Rb ⁺ , Cs ⁺ ) ของ C ₆₀ ³⁻ได้รับความสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากสารประกอบเหล่านี้แสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลัสเตอร์ เช่น พฤติกรรมแบบโลหะ ในทางตรงกันข้าม ใน C ₆₀โมเลกุลแต่ละตัวมีปฏิสัมพันธ์กันเพียงเล็กน้อย กล่าวคือ แถบแทบจะไม่ทับซ้อนกันเลย อนุพันธ์ของโลหะอัลคาไลเหล่านี้บางครั้งถูกมองว่าเกิดขึ้นจากการแทรกตัวของโลหะเข้าไปในโครงสร้างผลึก C ₆₀หรืออีกทางหนึ่ง วัสดุเหล่านี้ถูกมองว่าเป็นฟูลเลอรีนที่เจือด้วย n ^{[ 2 ]}

เกลือโลหะอัลคาไลของไตรแอนไอออนนี้เป็นตัวนำยิ่งยวดใน_M₃C₆O (M = Na, K, Rb) ไอออน M⁺ ^จะ_{เข้าไป}อยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมในโครงสร้างผลึกที่ประกอบด้วย แลตติสแบบ ccp ซึ่งประกอบด้วยแอนไอออน _C₆O ที่ มีรูปร่างเกือบเป็นทรงกลมใน Cs₃C₆O _กรงไอออนจะเรียงตัวกันในแลตติส _แบบbcc

ในปี พ.ศ. 2534 มีการเปิดเผยว่า C ₆₀ ที่เจือด้วยโพแทสเซียม จะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ 18 K (−255 °C) ^{[ 3 ]}ซึ่งเป็นอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะสูงสุดสำหรับตัวนำยิ่งยวดระดับโมเลกุล นับตั้งแต่นั้นมา มีการรายงานการนำยิ่งยวดในฟูลเลอรีนที่เจือด้วยโลหะอัลคาไลชนิดต่างๆ^{[ 4 ] [ 5 ]}พบว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดในฟูลเลอรีนที่เจือด้วยโลหะอัลคาไลจะเพิ่มขึ้นตามปริมาตรของเซลล์หน่วย V ^{[ 6 ] [ 7 ]}เนื่องจากCs ⁺เป็นไอออนอัลคาไลที่ใหญ่ที่สุด ฟูลเลอรีนที่เจือด้วยซีเซียมจึงเป็นวัสดุที่สำคัญในกลุ่มนี้ มีการรายงานการนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิ 38 K (−235 °C) ใน Cs ₃ C _{60 แบบ}ก้อน^{[ 8 ]} แต่เฉพาะภายใต้ความดันที่ใช้เท่านั้น อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดสูงสุดที่ 33 K (−240 °C) ที่ความดันบรรยากาศปกติได้รับการรายงาน สำหรับCs ₂ RbC ₆₀ ^{[ 9 ]}

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านตามปริมาตรของเซลล์หน่วยนั้นเชื่อกันว่าเป็นหลักฐานสำหรับกลไก BCSของสภาพนำยิ่งยวดของแข็ง C ₆₀เนื่องจากระยะห่างระหว่าง C ₆₀สามารถเชื่อมโยงกับการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของสถานะที่ระดับเฟอร์มิN ( ε _F ) ดังนั้นจึงมีการพยายามเพิ่มระยะห่างระหว่างฟูลเลอรีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแทรกโมเลกุลที่เป็นกลางเข้าไปในแลตทิซ A ₃ C ₆₀เพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างฟูลเลอรีนในขณะที่วาเลนซ์ของ C ₆₀ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม เทคนิคการเติมแอมโมเนียนี้ได้เปิดเผยแง่มุมใหม่ของสารประกอบแทรกฟูลเลอรีน: การเปลี่ยนผ่านของ Mottและความสัมพันธ์ระหว่างการวางแนว/ลำดับวงโคจรของโมเลกุล C ₆₀และโครงสร้างแม่เหล็ก^{[ 10 ]}

วัสดุที่ลดลงสี่เท่า กล่าวคือ วัสดุที่มีสัดส่วนทางเคมี A ₄ C ₆₀จะเป็นฉนวน แม้ว่าแถบ t _1uจะถูกเติมเต็มเพียงบางส่วนก็ตาม^{[ 11 ]}ความผิดปกติที่เห็นได้ชัดนี้อาจอธิบายได้ด้วยปรากฏการณ์ Jahn–Tellerซึ่งการเปลี่ยนรูปโดยธรรมชาติของโมเลกุลที่มีสมมาตรสูงจะเหนี่ยวนำให้เกิดการแยกตัวของระดับที่เสื่อมสภาพเพื่อรับพลังงานอิเล็กตรอน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและโฟนอนแบบ Jahn–Teller นั้นแข็งแกร่งพอในของแข็ง C ₆₀ที่จะทำลายภาพแถบสำหรับสถานะวาเลนซ์เฉพาะ^{[ 10 ]}

แถบแคบหรือระบบอิเล็กตรอนที่มีความสัมพันธ์กันอย่างมากและสถานะพื้นฐานที่เสื่อมสภาพมีความเกี่ยวข้องกับการอธิบายสภาพนำยิ่งยวดในของแข็งฟูลเลอไรด์ เมื่อแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนUมากกว่าแบนด์วิดท์ จะเกิดสถานะพื้นฐานของอิเล็กตรอนเฉพาะที่ที่เป็นฉนวนขึ้นในแบบจำลอง Mott–Hubbard แบบง่าย ซึ่งอธิบายถึงการไม่มีสภาพนำยิ่งยวดที่ความดันบรรยากาศในของแข็ง C _{60 ที่เจือด้วยซีเซียม} ^{[ 8 ]}การเกิดเฉพาะที่ของอิเล็กตรอน t _1u ที่ขับเคลื่อนด้วยความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน เกินค่าวิกฤต ทำให้เกิดฉนวน Mott การใช้ความดันสูงจะลดระยะห่างระหว่างฟูลเลอรีน ดังนั้นของแข็ง C ₆₀ที่เจือด้วยซีเซียมจึงกลายเป็นโลหะและสภาพนำยิ่งยวด

ทฤษฎีที่พัฒนาอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสภาพนำยิ่งยวดของของแข็ง C ₆₀ยังขาดอยู่ แต่เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าความสัมพันธ์ทางอิเล็กตรอนที่แข็งแกร่งและการเชื่อมโยงอิเล็กตรอน-โฟนอนแบบ Jahn–Teller ^{[ 12 ]}ทำให้เกิดการจับคู่อิเล็กตรอนเฉพาะที่ซึ่งแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านสูงใกล้กับการเปลี่ยนผ่านจากฉนวนเป็นโลหะ^{[ 13 ]}

• Erwin, Steven; Pederson, Mark (1991). "โครงสร้างอิเล็กตรอนของผลึก K ₆ C ₆₀ ". Physical Review Letters . 67 (12): 1610– 1613. Bibcode : 1991PhRvL..67.1610E . doi : 10.1103/PhysRevLett.67.1610 . PMID  10044199 .
• Haddon, RC; Hebard, AF; Rosseinsky, MJ; Murphy, DW; Duclos, SJ; Lyons, KB; Miller, B.; Rosamilia, JM; Fleming, RM; Kortan, AR; Glarum, SH; Makhija, AV; Muller, AJ; Eick, RH; Zahurak, SM; Tycko, R.; Dabbagh, G.; Thiel, FA (1991). "ฟิล์มนำไฟฟ้าของ C ₆₀และ C ₇₀โดยการเติมโลหะอัลคาไล" Nature . 350 (6316): 320– 322. Bibcode : 1991Natur.350..320H . doi : 10.1038/350320a0 .