Kohlenstoffmolekül mit Ladung könnte der Halbleiter von morgen sein

Kohlenstoffmolekül mit Ladung könnte der Halbleiter von morgen sein

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Anonim

Der Chemieprofessor der Virginia Tech, Harry Dorn, hat ein neues Gebiet der Fullerenchemie erschlossen, das das Rückgrat für die Entwicklung molekularer Halbleiter und Quantencomputeranwendungen sein könnte.

Dorn spielt mit den als Fullerene bekannten Kohlenstoffhohlmolekülen, als wären sie Bastelspielzeuge. Zuerst fand er 1999 heraus, wie man Atome in das 80-Atom-Molekül einfügt, dann wie man es zuverlässig macht, wie man die Anzahl der Atome ändert, die den Kohlenstoffkäfig bilden, und wie man die Anzahl und Arten der Atome in dem Molekül ändert Dies führt zu einem neuen, empfindlicheren MRT-Material und einem Vehikel zur Abgabe radioaktiver Atome für nuklearmedizinische Anwendungen.

Im Rahmen der Forschung zur Platzierung von Gadoliniumatomen im Kohlenstoffkäfig für MRT-Anwendungen schuf Dorn ein Kohlenstoffmolekül mit 80 Atomen und zwei darin befindlichen Yttriumionen. Dann fing er an, mit den Materialien des Käfigs selbst herumzuspielen. Er ersetzte eines der 80 Kohlenstoffatome durch ein Stickstoffatom (Bereitstellung). Diese Änderung lässt das Stickstoffatom mit einem zusätzlichen Elektron zurück. Dorn entdeckte, dass sich das zusätzliche Elektron nicht auf dem Stickstoffatom auf der Fullerenkäfigoberfläche befindet, sondern sich zwischen den Yttriumionen hinein duckt und eine Ein-Elektronen-Bindung bildet. "Im Grunde genommen eine sehr ungewöhnliche Ein-Elektronen-Bindung zwischen zwei Yttriumatomen", sagte er.

Die Entdeckung dieser neuen Klasse stabiler Moleküle () wurde durch Computerstudien von Daniel Crawford, Associate Professor für Chemie an der Virginia Tech, unterstützt, und die Struktur wurde durch röntgenkristallographische Studien von Alan Balch, Professor für Chemie an der University of California, bestätigt Davis.

Über diese Forschung wird in der Online-Ausgabe des Journal of American Chemical Society ( JACS ) vom 6. September 2008 in einem Artikel von Dorn und seinen Kollegen von Virginia Tech und UC Davis berichtet. Der Artikel spekuliert nicht über mögliche Anwendungen, Dorn jedoch.

"Niemand hat so etwas getan", sagte Dorn. "Seit der Veröffentlichung des Artikels wissen wir, dass wir das Elektron aus dem Fulleren-Käfig zurückholen können."

Er sagt, die Entdeckung könnte für die neuen Bereiche der Spintronik, der Molekularelektronik und der Mikro- bis Nanotechnologie sowie für das neue Gebiet des Quantencomputers von Bedeutung sein.

"Das einelektronengebundene zweiatomige Yttrium hat einzigartige Spineigenschaften, die verändert werden können. Eine Erhöhung der Polarisation dieses Spins könnte wichtig sein, um die Empfindlichkeit von MRT und NMR zu verbessern", sagte er.

Interessanter sind jedoch die elektronischen Bewerbungen. "Wenn wir eines der Kohlenstoffatome durch Bor anstelle von Stickstoff ersetzen, wären wir ein Elektronenkurzschluss, anstatt ein zusätzliches Elektron zu haben. Jetzt haben Sie die Komponenten eines Halbleiters", sagte Dorn.

"Ich weiß noch nicht, ob es wichtig ist oder nicht", sagte er. "Die Leute haben daran gearbeitet, Standard-60-Kohlenstoff-Fulleren mit einem Stickstoffatom zu versetzen."

Zitat: Der JACS- Artikel lautet "(M) Y, Tb): Isolierung und Charakterisierung von stabilen endohedralen Metallofullerenen mit MM-Bindungswechselwirkungen in Aza [80] Fulleren-Käfigen" von Tianming Zuo et al. pubs.acs.org/journals/jacsat/index.html

Quelle: Virginia Tech