Российскими и японскими учеными создан органический «металл» из фуллеренов

8 июня 2010 года в научном журнале Angewandte Chemie (онлайн версия) опубликована статья группы российских и японских ученых о том, что им впервые удалось получить материал из двухмерных фуллереновых слоев, обладающий свойствами металла. По мнению авторов, данный класс соединений может открыть путь к созданию новых сверхпроводимых материалов.

Все известные ранее кристаллы на основе фуллеренов с металлическими свойствами были одно- либо трехмерными структурами и содержали металлические элементы. Дмитрий Конарев, Гунци Саито и их коллеги из Черноголовки, Киото и Нагои создали металлическую электропроводящую фуллереновую «соль», содержащую двухмерные фуллереновые слои. В ней не присутствуют ионы металлов, и состоит она исключительно из углерода, водорода и азота.

Для создания нового вещества были использованы три компонента: 1) фуллерены-анионы, 2) органические катионы и 3) крупные нейтрально заряженные органические молекулы. Катионы (2) ответственны за поддержание правильного распределения электрического заряда внутри материала. Нейтральные молекулы (3) обеспечивают пространственное расположение отдельных элементов кристаллической структуры.

Проблема заключается в том, что обычно отрицательно заряженные фуллерены в кристалле склонны образовывать димеры. Однако для того чтобы материал вел себя как металл, фуллерены-анионы должны быть плотно упакованы в слои. Это возможно лишь при строго определенной геометрии и величине молекул нейтрального компонента. На его роль ученые избрали ароматическое соединение триптицен, чья форма напоминает трехлопастный пропеллер. Органический катион имеет клетчатую структуру.

В итоге в кристалле фуллереновые слои перемежаются со слоями, состоящими из двух других компонентов. Фуллереновый слой имеет сотовую структуру, в котором каждая отдельная молекула (фуллерен) имеет по шесть ближайших соседей. Такие слои обладают высокой электропроводимостью, как металл, причем, что удивительно, даже при температурах, близких к абсолютному нулю (1,9 К).

Варьирование отдельных компонентов – не-фуллеренов позволяет создавать другие материалы этого же класса. Исследователи полагают, что при этом могут быть найдены материалы с экзотическими электронными свойствами – к примеру, новые сверхпроводники, или так называемые спиновые жидкости, вещества, которые вблизи абсолютного нуля должны демонстрировать необычные магнитные состояния.