67 yıl önce tahmin edilen üçgen eleman nihayet ortaya çıktı
1950'de Çek organik kimyager Erich Clar, "Triangulene" adlı üçgen bir molekülün varlığını öngördü.
Erich Clar laboratuvarda. (Resim kaynağı: Glasglow Üniversitesi)
Süper malzeme grafene benzer şekilde, triangulen de yalnızca bir atom kalınlığında bir malzemedir. Bununla birlikte, tabakalar halinde açılan grafenden farklı olarak, triangulen, etrafında hidrojen atomları olan bir üçgen oluşturmak için birbirine kaynaşmış altı altıgen karbon halkasından oluşur. Bu, iki dış karbon atomunun eşleşmemiş elektronları taşıdığı, dolayısıyla kararlı bir bağ oluşturamadığı alışılmadık bir yapıdır.
Yaklaşık 70 yıllık sıkı çalışmanın ardından kimyagerler (Erich Clar dahil) bu molekülü laboratuvarda sentezleyemedi. Bu çok zor bir iştir, çünkü eşleşmemiş iki elektron tek kalmaktan hoşlanmazlar, bu elektronlar çevreleyen maddeyle hemen reaksiyona girerek üçgen yapıyı bozarlar.
Geçmişte kimyagerler tarafından kullanılan yöntem, moleküllerin daha büyük yapılar inşa etmek için birbirleriyle reaksiyona girmesine izin vermekti. Ancak kimyager ne kadar uğraşırsa uğraşsın bu yöntemle istenilen sonuç alınamaz. Deneyde sentezlendiğinde, hemen oksitlenecektir.
Sıfırdan sentezlemek zor olduğu için neden tersini yapmayalım? IBM araştırma ekibi yeni bir girişimde bulundu.
Triangulene deneyinin lideri Leo Gross (solda) ve ekip üyesi Niko Pavliek (sağda). (Resim kaynağı: IBM Research)
Triangulen yapmak için, IBM ekibi ilk önce öncü molekül "dihidrotriangulen" i sentezledi (bu öncü Warwick Üniversitesi'ndeki kimyagerler tarafından başarıyla sentezlendi). Onunla triangulen arasındaki fark, bu molekülün, kararlı bir yapı oluşturmak için eşleşmemiş elektronlarla birleşebilen ekstra hidrojen atomlarına sahip olmasıdır.
Daha sonra, araştırmacılar molekülü düz bir yüzeye yerleştirdiler ve bir taramalı prob mikroskobu ile gözlemlediler. Bu tip mikroskop çok keskin bir prob ucuna sahiptir ve bir "taramalı tünelleme mikroskobu" ve bir "atomik kuvvet mikroskobu" özelliklerine sahiptir, bu da gözlemlenen malzemenin şeklini "hissetmek" için kullanılabilir. Araştırmacılar, kararlı bir yapı oluşturmak için öncüdeki iki hidrojen atomunu "keserek" molekülün üzerine dikkatlice boşaltmak için probun ucunda iki ardışık voltaj atımı kullandılar.
Son olarak, çekim yapmak için bir mikroskop kullanın ve sonuç, simetriye sahip olduğu tahmin edilen triangulendir. Yüksek vakum ve düşük sıcaklık gibi deneysel koşullar altında, üretilen moleküller gözlemlenmeden önce stabil kalabilir, böylece araştırmacılar bunun bir resmini çekmek için yeterli zamana sahip olurlar.
Triangulene'nin üçgen yapısı, üstteki resimdeki iki nokta eşleşmemiş elektronlar, alttaki resim ise mikroskopla çekilmiş Triangulene. (Resim kaynağı: DOI: 10.1038 / nnano.2016.305)
Japon kimyager Takeji Takui, "Bildiğim kadarıyla, ilk kez ikame edilmemiş trianguleni sentezliyor." Daha önce diğer triangulen sınıfı moleküllerini sentezlemişti.
Bu yeni malzeme bazı benzersiz ve beklenmedik özellikler göstermiştir. Daha önce tahmin edildiği gibi, araştırmacılar, eşleşmemiş iki elektronun, moleküler düzeyde manyetik görünmesini sağlayan dönüşleri hizalama özelliğine sahip olduğunu buldular, bu da bu yapının kuantum bilgisayarlarda ve dönüşler yapmak için kullanılabileceği anlamına geliyor. Elektronik cihazlar vb.
Bakır yüzey (a) ve katı ksenon yüzey (b) üzerinde triangulene. (Resim kaynağı: DOI: 10.1038 / nnano.2016.305)
Araştırmacılar ayrıca, bir deneyde triangulenin bakır yüzeyinde sabit kalabildiğini buldular, dört güne kadar var olabilir. Triangulenin metalle reaksiyona gireceği tahmin ediliyordu, ancak bunun neden olmadı, ekip hala bulmaya çalışıyor.
Triangulene halen çalışılmayı bekleyen birçok özelliğe sahip olsa da, IBM ekibi tarafından geliştirilen yeni kimyasal sentez yöntemi, daha önce bulunması zor yapıları sentezlemek için kullanılacak. Ancak bu yöntem tüm kimyasal sentezler için uygun değildir çünkü bu yeni teknoloji zaman alıcı ve pahalıdır ve birçok malzeme için uygun değildir.
Bu keşif çok anlamlı, özellikle bu yeni malzemenin kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde kullanılabileceğini düşündüğümde, IBM'in özelliklerini incelemek için daha fazla enerji harcayacağını düşünüyorum.
