Layered footballs:Første todimensionale organiske metal lavet af fullerener

(PhysOrg.com) - Siden deres opdagelse i midten af ​​1980'erne, fullerener har forårsaget en fornemmelse. De små hule kugler lavet af 60 kulstofatomer, konstrueret af femkanter og sekskanter som miniaturefodbold, har usædvanlige fysiske egenskaber. I mellemtiden, en række fulderenholdige materialer er blevet udviklet.

Nu er der blevet lavet en ny variant:Et russisk og japansk team har produceret det første materiale lavet af todimensionale fullerenlag, der fungerer som et metal. Som forskerne rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie , denne nye klasse af forbindelser kunne åbne en vej mod nye superledende materialer.

Alle tidligere fulderenholdige krystaller med metalliske egenskaber har været en- eller tredimensionelle strukturer og indeholdt metalelementer. Dmitri V.Konarev, Gunzi Saito, og deres kolleger fra Chernogolovka, Kyoto, og Nagoya havde ambitionen om at lave et metallisk ledende fullerensalt, der indeholder todimensionale fullerenlag. Ud over, de ville have, at den var fri for metalioner, indeholder kun grundstofferne kulstof, brint, og nitrogen.

For at dette kan fungere, tre forskellige komponenter var nødvendige:1) fulleren -anioner, negativt ladede “miniaturefodbold”; 2) positivt ladede organiske modioner (kationer); og 3) store neutrale organiske molekyler. Komponent 2, kationerne, er nødvendige for at opretholde den rette fordeling af elektrisk ladning i materialet. Den neutrale forbindelse 3 sikrer det korrekte rumlige arrangement af de enkelte byggesten i krystalstrukturen.

Problemet:fullerenanioner i en krystal har en tendens til at danne par. For at materialet kan opføre sig som et metal, fullereanionerne skal pakkes tæt i deres lag. Først når geometrien og størrelsen på den neutrale partner er helt rigtige, virker dette. Holdet valgte at bruge triptycen som den neutrale komponent; dette er et aromatisk ringsystem, hvis form minder om en trebladet propel. Den organiske kation, de brugte, har en burlignende struktur.

Resultatet er en krystal, hvor fulderenslag veksler med lag lavet af de to andre partnere. Fullerenlaget har en bikagestruktur, hvor hver lillebitte, negativt ladet "fodbold" har seks tilstødende naboer. Fullerenlagene er stærkt ledende som et metal - selv ned til temperaturer nær absolut nul (1,9 K), hvilket er meget usædvanligt.

Det bør være muligt at producere andre materialer i denne klasse ved at variere de enkelte partnere. Undersøgelserne forventer, at dette vil producere materialer med eksotiske elektroniske egenskaber, såsom nye superledere eller centrifugeringsvæsker, som er materialer, der viser en usædvanlig magnetisk tilstand ved absolut nul.