Vilka fotofysiska egenskaper har karbyn? Detta var föremål för forskning utförd av forskare vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), University of Alberta, Kanada, och Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz, vilket har lett till en större förståelse för egenskaperna hos denna ovanliga form av kol. Deras resultat har nu publicerats i den senaste upplagan av tidskriften Naturkommunikation .

"Kol har en mycket speciell status i grundämnenas periodiska system och utgör grunden för alla former av liv på grund av det extremt stora antalet kemiska föreningar det kan bilda, " förklarar Prof. Dr. Dirk M. Guldi vid Chair of Physical Chemistry I vid FAU. "De mest välkända exemplen är tredimensionell grafit och diamant. Dock, tvådimensionell grafen, endimensionella nanorör och nolldimensionella nanoprickar öppnar också för nya möjligheter för elektroniktillämpningar i framtiden."

Material med extraordinära egenskaper

Carbyne är en modifiering av kol, känd som en allotrop. Den är tillverkad syntetiskt, består av en enda och mycket lång kedja av kolatomer, och betraktas som ett material med extremt intressanta elektroniska och mekaniska egenskaper. "Dock, kol har en hög nivå av reaktivitet i denna form, " betonar Prof. Dr. Clémence Corminboef från EPFL. "Så långa kedjor är extremt instabila och därför mycket svåra att karakterisera."

Trots detta faktum, det internationella forskarteamet har framgångsrikt karakteriserat kedjorna med en rondellväg. Forskarna ledda av Prof. Dr. Dirk M. Guldi vid FAU, Prof. Dr. Clémence Corminboeuf, Prof. Dr. Holger Frauenrath från EPFL och Prof. Dr. Rik R. Tykwinski från University of Alberta ifrågasatte befintliga antaganden om karbyns fotofysiska egenskaper och fick nya insikter.

Under sin forskning, teamet fokuserade främst på vad som kallas oligoyner. "Vi kan tillverka karbynkedjor av specifika längder och skydda dem från nedbrytning genom att lägga till en typ av stötfångare gjord av atomer i ändarna av kedjorna. Denna klass av föreningar har tillräcklig kemisk stabilitet och är känd som en oligoyn, " förklarar Prof. Dr. Holger Frauenrath från EPFL.

Använder det optiska bandgapet

Forskarna tillverkade specifikt två serier av oligoyner med varierande symmetri och med upp till 24 alternerande trippel- och enkelbindningar. Med hjälp av spektroskopi, de spårade därefter deaktiveringsprocesserna för de relevanta molekylerna från excitation med ljus till fullständig avslappning. "Vi kunde således bestämma mekanismen bakom hela deaktiveringsprocessen av oligoynerna från ett exciterat tillstånd ända tillbaka till deras ursprungliga initiala tillstånd och, tack vare de uppgifter vi fick, vi kunde göra en förutsägelse om egenskaperna hos karbyn, " avslutar Prof. Dr. Rik R. Tykwinski från University of Alberta.

Ett viktigt fynd var det faktum att det så kallade optiska bandgapet faktiskt är mycket mindre än vad som tidigare antagits. Bandgap är en term från halvledarfysiken och beskriver den elektriska ledningsförmågan hos kristaller, metaller och halvledare. "Detta är en enorm fördel, " säger Prof. Guldi. "Ju mindre bandgapet är, desto mindre energi krävs för att leda elektricitet." Silicon, till exempel, som används i mikrochips och solceller, besitter denna viktiga egenskap. Carbyne skulle kunna användas tillsammans med kisel i framtiden på grund av dess utmärkta fotofysiska egenskaper.