Efter 70 år blev avanceret kulstofbaseret magnetisk materiale endelig syntetiseret

Siden den første rapporterede produktion i 2004 har forskere arbejdet hårdt med at bruge grafen og lignende kulstofbaserede materialer til at revolutionere elektronik, sport og mange andre discipliner. Nu har forskere fra Japan gjort en opdagelse, der vil fremme det længe undvigende felt af nanografenmagneter.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere har syntetiseret en krystallinsk nanografen med magnetiske egenskaber, der er blevet forudsagt teoretisk siden 1950'erne, men indtil nu har været ubekræftede eksperimentelt undtagen ved ekstremt lave temperaturer.

Grafen er et enkelt lag, todimensionelt ark af kulstofringe arrangeret i et honeycomb-gitter. Hvorfor ophidser grafen forskere? Grafen har imponerende egenskaber - det udviser effektiv ladningstransport over lange afstande og har en meget højere styrke end tilsvarende tykt stål. Nanostrukturer af grafen har kanter, der udviser magnetiske og elektroniske egenskaber, som forskere gerne vil udnytte. Imidlertid er grafen nanoark svære at forberede, og det er svært at studere deres zigzag-kantegenskaber. At overvinde disse udfordringer ved at bruge et enklere, men avanceret modelsystem kendt som triangulene er noget, forskerne ved Osaka University havde til formål at tage fat på.

"Triangulen har længe unddraget sig syntese i en krystallinsk form på grund af dets ukontrollerede polymerisering," siger både Shinobu Arikawa og Akihiro Shimizu, to nøgleforfattere af undersøgelsen. "Vi forhindrede denne polymerisering ved sterisk beskyttelse - fyldning af molekylet - og gjorde det på en måde, der ikke påvirkede dets underliggende egenskaber."

Forskernes triangulenderivat er stabilt ved stuetemperatur, men skal opbevares i en inert atmosfære, fordi det langsomt nedbrydes, når det udsættes for ilt. Ikke desto mindre var krystallisering mulig - hvilket muliggjorde bekræftelse af dets teoretisk forudsagte egenskaber, såsom lokalisering af uparrede elektroner på molekylets zigzag-kanter.

"Ved at måle dets optiske og magnetiske egenskaber bekræftede vi, at vores molekyle er i triplet-grundtilstand," forklarer Ryo Shintani, seniorforfatter. "Dette er en elektronisk tilstand, der kan tjene som en eksperimentelt håndterbar model for zigzag-kantet nanografen."

Disse resultater har vigtige anvendelser. Forskere kan udvide den længe søgte syntetiske procedure, der er rapporteret her, for at øge antallet af kulstofringe i molekylet og udføre kemiske synteser af avancerede former for nanografen. Ved at gøre det kan forskere fra Osaka University og Osaka City University muligvis syntetisere materialer, der er grundlaget for fremtidig avanceret elektronik og magneter, og supplere det silicium, der er allestedsnærværende i moderne elektronik. + Udforsk yderligere

Gennembrud inden for grafenforskning:Store, stabile stykker grafen produceret med unikt kantmønster