二維配位聚合物(2D MOFs)是近十年來迅速崛起的一類電子材料，憑借其由金屬中心與共軛配體自組裝形成的d-π共軛網絡，展現出優異的電荷傳輸性能，顛覆了MOFs材料傳統上被視為絕緣體的認知。2D MOFs晶格可高度模塊化設計，金屬離子與有機配體可選種類廣泛，同時配位場決定面內電子離域和層間耦合，可有效調控電子物態。此外，晶格尺度影響材料的電子關聯和能帶色散，2D MOFs獨特的長晶格周期有望催生豐富的量子輸運效應和自旋相互作用，為研究者提供了一個豐富的框架體系，用于探索各種奇異的凝聚態物理現象。近日，北京大學材料科學與工程學院竇錦虎課題組在Nature Communications發表了題為“Synthesis and Structure of a Non-van-der-Waals Two-Dimensional Coordination Polymer with Superconductivity” 的研究成果。該研究團隊成功合成了高質量、大尺寸的Cu3BHT配位聚合物單晶，首次揭示了其精確的晶體結構。研究表明其具有非范德華相互作用的準二維 kagome結構，這一發現與之前假設的石墨狀層狀結構形成鮮明對比，高質量單晶使得可以實現原子級精度的結構測定，表明Cu3BHT具有層間的Cu-S共價鍵連接。Cu3BHT單晶表現出本征金屬傳輸特性，電導率在300K時達103 S/cm，在2K時提升至104 S/cm。值得注意的是，該單晶在 0.25K時表現出超導轉變，結合理論計算進一步闡明了其超導機制，歸因于其獨特結構引起的電子-聲子耦合和電子-電子相互作用增強。該研究明確了 Cu?BHT單晶結構與超導特性之間的構效關系，為超導配位聚合物的開發奠定了重要基礎，并有望推動配位聚合物中量子物態研究的進一步發展。論文的共同第一作者為北京大學材料科學與工程學院的博士研究生潘志超和德國德累斯頓工業大學的黃幸博士，通訊作者為北京大學材料科學與工程學院竇錦虎。主要合作者包括北京大學物理學院王健教授、集成電路學院鄭雨晴教授，西湖大學孫磊教授，中國科學院化學研究所徐偉研究員，中國海洋大學張曉明教授,南京大學黎建教授和中國石油大學邢穎教授。該項工作得到了科技部、國家自然科學基金委等項目大力支持。全文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53786-1。該文章受到了3位審稿人的一致好評并建議發表，審稿人包括了相關領域的權威專家：專注磁性和電子學材料研究的西班牙瓦倫西亞大學Carlos Gómez-García教授, 配位聚合物電子學奠基人之一東京理科大學 Hiroshi Nishihara教授, 和超導、量子材料領域權威東京大學 Takasada Shibauchi教授。Reviewer #1：該工作描述了一種非范德華二維結構Cu3BHT的合成及其原子級精確晶體結構的解析，并展示了該材料在極低溫下表現出的超導性。該化合物早已為人所知，但該研究首次揭示了其結構，并在單晶上進行了電導率測量，確認了其金屬特性和在極低溫下的超導轉變。這些研究結果非常有趣，工作也完成得相當出色。因此，我認為這對從事導電配位聚合物研究的學者來說非常有價值。Reviewer #2：該論文報道了首例配位聚合物超導體Cu-BHT的微米級單晶的成功生長。該材料的重要性不僅在于其作為罕見的表現出超導性的聚合物之一，還因為其展現了Kagome結構。近年來，諸如AV3Sb5（A=Cs, Rb, K）等Kagome金屬和超導體中異?，F象的重大進展，使得對Cu-BHT的研究更加重要。本研究揭示了Cu-BHT詳細的晶體結構層間具有非范德華鍵，并在單晶中重新確認了其超導性，這一發現為深入理解該引人注目的材料的物理性質邁出了重要一步。 Reviewer #3：這篇論文報道了首次單晶結構分析的結果及其基于該結果的超導性研究成果，我認為該內容值得在《Nature Communications》上發表。
