Carbyne:Forskere undersøger optisk båndgab af kulstofforbindelse

Hvilke fotofysiske egenskaber har carbyne? Dette var genstand for forskning udført af forskere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), University of Alberta, Canada, og Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz, hvilket har ført til en større forståelse af egenskaberne ved denne usædvanlige form for kulstof. Deres resultater er nu blevet offentliggjort i den seneste udgave af tidsskriftet Naturkommunikation .

"Kulstof har en helt særlig status i grundstoffernes periodiske system og danner grundlag for alle former for liv på grund af det ekstremt store antal kemiske forbindelser, det kan danne, " forklarer Prof. Dr. Dirk M. Guldi ved Chair of Physical Chemistry I ved FAU. "De mest kendte eksempler er tredimensionel grafit og diamant. Imidlertid, todimensionel grafen, endimensionelle nanorør og nuldimensionelle nanodotter åbner også op for nye muligheder for elektronikapplikationer i fremtiden."

Materiale med ekstraordinære egenskaber

Carbyne er en modifikation af kulstof, kendt som en allotrop. Den er fremstillet syntetisk, består af en enkelt og meget lang kæde af kulstofatomer, og betragtes som et materiale med yderst interessante elektroniske og mekaniske egenskaber. "Imidlertid, kulstof har et højt niveau af reaktivitet i denne form, " understreger prof. Dr. Clémence Corminboef fra EPFL. "Sådanne lange kæder er ekstremt ustabile og derfor meget svære at karakterisere."

På trods af dette faktum, det internationale forskerhold har med succes karakteriseret kæderne ved hjælp af en rundkørselsrute. Forskerne ledet af prof. Dr. Dirk M. Guldi ved FAU, Prof. Dr. Clémence Corminboeuf, Prof. Dr. Holger Frauenrath fra EPFL og Prof. Dr. Rik R. Tykwinski fra University of Alberta stillede spørgsmålstegn ved eksisterende antagelser om carbynes fotofysiske egenskaber og fik ny indsigt.

Under deres forskning, holdet fokuserede hovedsageligt på det, der er kendt som oligoyner. "Vi kan fremstille carbynekæder af specifik længde og beskytte dem mod nedbrydning ved at tilføje en type kofanger lavet af atomer til enderne af kæderne. Denne klasse af forbindelser har tilstrækkelig kemisk stabilitet og er kendt som en oligoyn, " forklarer prof. Dr. Holger Frauenrath fra EPFL.

Brug af det optiske båndgab

Forskerne fremstillede specifikt to serier af oligoyner med varierende symmetri og med op til 24 alternerende tripel- og enkeltbindinger. Ved hjælp af spektroskopi, de sporede efterfølgende deaktiveringsprocesserne for de relevante molekyler fra excitation med lys op til fuldstændig afslapning. "Vi var således i stand til at bestemme mekanismen bag hele deaktiveringsprocessen af ​​oligoynerne fra en exciteret tilstand helt tilbage til deres oprindelige begyndelsestilstand og, takket være de data, vi har fået, vi var i stand til at lave en forudsigelse om egenskaberne af carbyne, " konkluderer prof. dr. Rik R. Tykwinski fra University of Alberta.

Et vigtigt fund var, at det såkaldte optiske båndgab faktisk er meget mindre end tidligere antaget. Båndgab er et begreb fra halvlederfysikken og beskriver den elektriske ledningsevne af krystaller, metaller og halvledere. "Dette er en enorm fordel, " siger prof. Guldi. "Jo mindre båndgabet er, jo mindre energi kræves der for at lede elektricitet." Silicium, for eksempel, som bruges i mikrochips og solceller, besidder denne vigtige egenskab. Carbyne kan bruges sammen med silicium i fremtiden på grund af dets fremragende fotofysiske egenskaber.