Fig.1 Struktur och spinndensitetsfördelning av triangulen. Kredit:Shinobu Arikawa et al.
Sedan den första rapporterade produktionen 2004 har forskare arbetat hårt med grafen och liknande kolbaserade material för att revolutionera elektronik, sport och många andra discipliner. Nu har forskare från Japan gjort en upptäckt som kommer att främja det länge svårfångade fältet av nanografenmagneter.
I en studie som nyligen publicerades i Journal of the American Chemical Society , har forskare från Osaka University och samarbetspartners syntetiserat en kristallin nanografen med magnetiska egenskaper som har förutspåtts teoretiskt sedan 1950-talet, men som hittills varit obekräftade experimentellt förutom vid extremt låga temperaturer.
Grafen är ett enkellager, tvådimensionellt ark av kolringar arrangerade i ett bikakegaller. Varför retar grafen forskare? Grafen har imponerande egenskaper - det uppvisar effektiv laddningstransport över långa avstånd och har en mycket högre hållfasthet än liknande tjockt stål. Nanostrukturer av grafen har kanter som uppvisar magnetiska och elektroniska egenskaper som forskare skulle vilja utnyttja. Emellertid är nanoark av grafen svåra att förbereda och det är svårt att studera deras sicksackkantegenskaper. Att övervinna dessa utmaningar genom att använda ett enklare men ändå avancerat modellsystem känt som triangulen är något som forskarna vid Osaka University hade som mål att ta itu med.
Fig.2 Spinndensitetsfördelning av triangulen och rymdfyllande modell och kristallstruktur för triangulenderivat. Kredit:Shinobu Arikawa et al.
"Triangulen har länge undgått syntes i kristallin form på grund av dess okontrollerade polymerisation", säger både Shinobu Arikawa och Akihiro Shimizu, två nyckelförfattare till studien. "Vi förhindrade denna polymerisation genom steriskt skydd – bulkande upp molekylen – och gjorde det på ett sätt som inte påverkade dess underliggande egenskaper."
Forskarnas triangulenderivat är stabilt i rumstemperatur men måste förvaras i en inert atmosfär eftersom det långsamt bryts ned när det utsätts för syre. Ändå var kristallisering möjlig – vilket möjliggjorde bekräftelse av dess teoretiskt förutspådda egenskaper, såsom lokalisering av oparade elektroner på molekylens sicksackkanter.
"Genom att mäta dess optiska och magnetiska egenskaper bekräftade vi att vår molekyl är i trippelgrundtillstånd", förklarar Ryo Shintani, senior författare. "Detta är ett elektroniskt tillstånd som kan fungera som en experimentellt löslig modell för nanografen med sicksackkanter."
Dessa resultat har viktiga tillämpningar. Forskare kan utöka den länge eftersökta syntetiska proceduren som rapporterats här för att öka antalet kolringar i molekylen och utföra kemiska synteser av avancerade former av nanografen. På så sätt kan forskare från Osaka University och Osaka City University syntetisera material som är grunden för framtida avancerad elektronik och magneter, och komplettera det kisel som finns överallt i modern elektronik. + Utforska vidare
