Какими фотофизическими свойствами обладает карбин? Это было предметом исследования, проведенного учеными из Университета Фридриха Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU), Альбертского университета в Канаде, и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии, что привело к более глубокому пониманию свойств этой необычной формы углерода. Их результаты были опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Communications.
«Углерод имеет особый статус в периодической таблице элементов и составляет основу всех форм жизни из-за чрезвычайно большого количества химических соединений, которые он может образовывать», — объясняет профессор д-р Дирк М. Гулди, заведующий кафедрой Физической химии в ФАУ. «Самые известные примеры — трехмерный графит и алмаз. Однако двумерный графен, одномерные нанотрубки и нульмерные наноточки также открывают новые возможности для электронных приложений в будущем».
Материал с необычными свойствами
Карбин — это модификация углерода, известная как аллотроп. Он производится синтетическим путем, состоит из одной единственной и очень длинной цепи атомов углерода и считается материалом с чрезвычайно интересными электронными и механическими свойствами. «Однако в этой форме углерод обладает высокой реакционной способностью», — подчеркивает профессор доктор Клеманс Корминбоф из EPFL. «Такие длинные цепи крайне нестабильны, и поэтому их очень трудно охарактеризовать».
Несмотря на это, международная исследовательская группа успешно охарактеризовала сети с использованием обходного маршрута. Ученые под руководством профессора доктора Дирка М. Гулди из FAU, профессора доктора Клеманса Корминбёфа, профессора доктора Хольгера Фрауэнрата из EPFL и профессора доктора Рика Р. Тыквински из Альбертского университета подвергли сомнению существующие предположения о фотофизических свойствах карбина и получили новое понимание.
Во время своего исследования команда в основном сосредоточилась на так называемых олигойнах. «Мы можем производить карбиновые цепи определенной длины и защищать их от разложения, добавляя к концам цепей что-то вроде бампера, состоящего из атомов. Этот класс соединений обладает достаточной химической стабильностью и известен как олигойн», — объясняет профессор доктор Хольгер Фрауэнрат из EPFL.
Использование оптической запрещенной зоны
Исследователи специально изготовили две серии олигоинов с различной симметрией и до 24 чередующихся тройных и одинарных связей. С помощью спектроскопии они впоследствии отслеживали процессы дезактивации соответствующих молекул от возбуждения светом до полной релаксации. Таким образом, мы смогли определить механизм всего процесса дезактивации олигоинов из возбужденного состояния обратно в их исходное начальное состояние, и благодаря полученным данным мы смогли сделать прогноз о свойствах карбина, — заключает профессор доктор Рик Р. Тыквински из Университета Альберты.
Одним из важных открытий был тот факт, что так называемая оптическая запрещенная зона на самом деле намного меньше, чем предполагалось ранее. Ширина запрещенной зоны — это термин из области физики полупроводников, который описывает электропроводность кристаллов, металлов и полупроводников. «Это огромное преимущество», — говорит профессор Гулди. «Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем меньше энергии требуется для проведения электричества». Этим важным свойством обладает, например, кремний, который используется в микрочипах и солнечных элементах. Карбин может быть использован в будущем вместе с кремнием из-за его превосходных фотофизических свойств.
