Antiaromatinė molekulė rodo elektrinę laidumą

Anonim

Tyrėjai parodė, kad antiaromatinio nikelio kompleksas yra aukštas elektrinis laidumas, kuris yra didesnis nei panašaus aromatinio komplekso. Kadangi laidumas taip pat derinamas elektrocheminiu būdu, antiaromatiniai kompleksai yra perspektyvios medžiagos būsimiems elektroniniams prietaisams.

Organinės medžiagos dažnai turi mažesnes gamybos sąnaudas nei tradiciniai elektros laidininkai, tokie kaip metalai ir puslaidininkiai. Tačiau ne visos ekologinės sistemos gerai valdo elektros energiją. Prognozuojama, kad puikiai dirbančiųjų yra organinių medžiagų, vadinamų anaromatiniais junginiais, plokščiųjų anglies atomų žiedų, turinčių keletą elektronų, kurie yra daugybiniai keturi, tačiau šią prognozę sunku patikrinti, nes antiaromatinės molekulės paprastai yra nestabilios. Dabar Shintaro Fujii ir Manabu Kiguchi iš Tokijo technologijos instituto ir kolegos atliko sisteminį krūvių transportavimo tyrimą vienoje, stabilioje antiaromatinėje molekulėje. Palyginus su struktūriškai susieta aromatine molekule (kur anglies žiedai turi papildomus du elektronus), jo rekordinis laidumas yra didesnis.

Tyrėjai ištyrė konkretų nikelio kompleksą, nikelio kompleksą (Ni (nor)), kuris yra antiarominis, bet stabilus, ir struktūriškai panašų aromatinį, porfirino pagrindu pagamintą nikelio kompleksą Ni (porph). Jie išmatuodavo dviejų junginių laidumą naudodamiesi skenuojančia tuneline mikroskopijos pertraukimo jungtimi technologija; tokiu būdu srovė per vieną molekulę, užlenktą tarp dviejų dalių skaldytų jungčių, matuojama kaip įprastos įtampos funkcija. Esant daugiau nei 4 10-4 laidumo kvadratų laidumui, Ni (ne) yra labiausiai vadinamasis metalo metalo kompleksas. Aptikta, kad Ni (porph) vertė yra maždaug 25 kartus mažesnė, o rezultatas patvirtina aukštesnį antiaromatinių molekulių laidumą. Teoriškai apskaičiuojant molekulių elektroninę struktūrą ir įkrovos transporto savybes, mokslininkai galėjo nustatyti antiaromatizmo padidėjusio laidumo kilmę: už Ni (ne) mažiausia neužimta molekulinė orbitata yra arčiau Fermio lygio (kiekio darbas, reikalingas vienam elektronui pridėti prie sistemos) nei Ni (porph).

Fujii ir jo kolegoms taip pat pavyko įrodyti, kad vienos molekulės Ni (ne) laidumas. Taikydama techniką, vadinamą elektrocheminiu jungimu, leidžiančią kontroliuoti molekulinės energijos lygius, palyginti su Fermio lygiu šaltinio ir nutekėjimo elektrodų (vieno molekulinės sankryžos), keisdami taikomą elektrocheminį potencialą, mokslininkai įrodė 5 kartų moduliavimą Ni (ir ne) laidumo.

Fujii ir jo kolegų rezultatai rodo, kad antiaromatinės medžiagos yra perspektyvios ir pigios sistemos, turinčios didelę elektrinę laidumą. Pasak mokslininkų, jų tyrimas "numato atitinkamas gaires dėl molekulinių medžiagų, skirtų labai vienos molekulinės elektronikos laidavimui, projektavimo.

Fonas

Aromatiškumas ir antiaromatizmas

Organinės molekulės vadinamos aromatinėmis, kai juose yra plokščiu anglies atomų žiedu su rezonansinėmis jungtimis - tarpinio junginio tarp vieno ir dvigubo jungčių tipas, dėl kurio susidaro didelis cheminis stabilumas (ty mažas reaktyvumas). Archetypinė aromatinė molekulė yra benzenas, C 6 H 6, turintis šešiakampį aromatinį anglies atomų žiedą. Žiedo dalijamas elektronų (vadinamųjų π-elektronų) skaičius visada yra keturių pliusas (du benzenai, pavyzdžiui, šeši), nuosavybė, žinoma kaip Hüklelio taisyklė.

Antiaromatinis objektas yra panaši savybė: plokščias anglies žiedas, bet su daugybe π-elektronų, kurie yra daugybiniai iš keturių (pavyzdžiui, ketoklobudidienas yra keturi). Tokia situacija sukelia cheminį nestabilumą.

"Fujii" ir jo kolegos dirbo su stabiliu, nikelio komplektu, turinčiu antiaromatinę dalį. Palyginus su panašiu kompleksu su aromatine dalimi, jo laidumas yra didesnis, o tai patvirtina ankstesnį prognozavimą, kad antiaromatinės molekulės yra puikūs elektros laidininkai.

Laidumas

Kaip gerai medžiaga vykdo elektros energiją, ji išreiškiama vadinamuoju elektros laidumu, G. Tai atvirkštinis elektrinio pasipriešinimo koeficientas, R =1 / G. Vykdymas apibrėžiamas kaip srovės, kurią aš einu per medžiagą (arba dabartiniame darbe - vieną molekulę), ir jo įtampos V santykis. Kontrolės vienetas yra "Siemens", S, tačiau laidumo vertės dažnai pateikiamos atsižvelgiant į laidumo kvantą, G0 ≈ 7, 7 x 10 -5 S.

"Fujii" ir kolegos gavo sujungtų antiaromatinių ir aromatinių nikelio kompleksų laidumo vertes, nustatydami jų srovės įtampos (IV) charakteristikas skenavimo tunelio mikroskopijos (STM) nustatymu.

menu
menu