(PhysOrg.com) -- Sinds hun ontdekking in het midden van de jaren tachtig, fullerenen hebben een sensatie veroorzaakt. De kleine holle bolletjes gemaakt van 60 koolstofatomen, opgebouwd uit vijfhoeken en zeshoeken zoals miniatuurvoetballen, hebben ongebruikelijke fysieke eigenschappen. Ondertussen, een verscheidenheid aan fullereen-bevattende materialen zijn ontwikkeld.

Nu is er een nieuwe variant gemaakt:een Russisch en Japans team heeft het eerste materiaal gemaakt van tweedimensionale fullereenlagen dat werkt als een metaal. Zoals de onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Angewandte Chemie , deze nieuwe klasse van verbindingen zou een weg kunnen openen naar nieuwe supergeleidende materialen.

Alle eerdere fullereenbevattende kristallen met metallische eigenschappen waren een- of driedimensionale structuren en bevatten metalen elementen. Dmitri V. Konarev, Gunzi Saito, en hun medewerkers uit Tsjernogolovka, Kioto, en Nagoya had de ambitie om een ​​metallisch geleidend fullereen "zout" te maken dat tweedimensionale fullereenlagen bevat. In aanvulling, ze wilden dat het vrij was van metaalionen, met alleen de elementen koolstof, waterstof, en stikstof.

Om dit te laten werken, er waren drie verschillende componenten nodig:1) fullereen-anionen, negatief geladen "miniatuurvoetballen"; 2) positief geladen organische tegenionen (kationen); en 3) grote neutrale organische moleculen. Component 2, de kationen, zijn nodig om de juiste verdeling van elektrische lading in het materiaal te behouden. De neutrale verbinding 3 zorgt voor de juiste ruimtelijke ordening van de afzonderlijke bouwstenen binnen de kristalstructuur.

Het probleem:fullereen-anionen in een kristal hebben de neiging om paren te vormen. Om ervoor te zorgen dat het materiaal zich als een metaal gedraagt, de fullereen-anionen moeten dicht opeengepakt zijn in hun laag. Alleen als de geometrie en grootte van de neutrale partner precies goed zijn, werkt dit. Het team koos ervoor om triptyceen als neutrale component te gebruiken; dit is een aromatisch ringsysteem waarvan de vorm doet denken aan een driebladige propeller. Het organische kation dat ze gebruikten heeft een kooiachtige structuur.

Het resultaat is een kristal waarin fullereenlagen worden afgewisseld met lagen gemaakt van de twee andere partners. De fullereenlaag heeft een honingraatstructuur waarin elk minuscuul, negatief geladen "voetbal" heeft zes aangrenzende buren. De fullereenlagen zijn sterk geleidend als een metaal, zelfs tot temperaturen rond het absolute nulpunt (1,9 K), wat heel ongebruikelijk is.

Het moet mogelijk zijn om andere materialen in deze klasse te produceren door de individuele partners te variëren. De onderzoekers verwachten dat dit materialen zal opleveren met exotische elektronische eigenschappen, zoals nieuwe supergeleiders of spinvloeistoffen, dat zijn materialen die een ongebruikelijke magnetische toestand vertonen bij het absolute nulpunt.