(PhysOrg.com) -- Depuis leur découverte au milieu des années 1980, les fullerènes ont fait sensation. Les minuscules sphères creuses composées de 60 atomes de carbone, construit à partir de pentagones et d'hexagones comme des ballons de football miniatures, ont des propriétés physiques inhabituelles. En attendant, une variété de matériaux contenant des fullerènes ont été développés.
Maintenant, une nouvelle variante a été créée :une équipe russe et japonaise a produit le premier matériau composé de couches de fullerène bidimensionnelles qui agit comme un métal. Comme le rapportent les chercheurs dans la revue Angewandte Chemie , cette nouvelle classe de composés pourrait ouvrir une voie vers de nouveaux matériaux supraconducteurs.
Tous les cristaux précédents contenant des fullerènes avec des propriétés métalliques étaient des structures unidimensionnelles ou tridimensionnelles et contenaient des éléments métalliques. Dmitri V. Konarév, Gunzi Saito, et leurs collègues de Chernogolovka, Kyôto, et Nagoya avait l'ambition de fabriquer un « sel » de fullerène conducteur métallique contenant des couches de fullerène bidimensionnelles. En outre, ils voulaient qu'il soit exempt d'ions métalliques, ne contenant que les éléments carbone, hydrogène, et l'azote.
Pour que cela fonctionne, trois composants différents étaient nécessaires :1) les anions fullerènes, « ballons de football miniatures » chargés négativement ; 2) des contre-ions organiques chargés positivement (cations); et 3) de grosses molécules organiques neutres. Composant 2, les cations, sont nécessaires pour maintenir la bonne répartition de la charge électrique dans le matériau. Le composé neutre 3 assure l'agencement spatial correct des blocs de construction individuels au sein de la structure cristalline.
Le problème :les anions fullerène dans un cristal ont tendance à former des paires. Pour que le matériau se comporte comme un métal, les anions fullerènes doivent être densément emballés dans leur couche. Ce n'est que lorsque la géométrie et la taille du partenaire neutre sont exactement correctes que cela fonctionne. L'équipe a choisi d'utiliser le triptycène comme composant neutre; il s'agit d'un système d'anneaux aromatiques dont la forme rappelle celle d'une hélice tripale. Le cation organique qu'ils ont utilisé a une structure en forme de cage.
Le résultat est un cristal dans lequel des couches de fullerène alternent avec des couches constituées des deux autres partenaires. La couche de fullerène a une structure en nid d'abeille dans laquelle chaque minuscule, « ballon de football » chargé négativement a six voisins adjacents. Les couches de fullerène sont hautement conductrices comme un métal, même jusqu'à des températures proches du zéro absolu (1,9 K), ce qui est très inhabituel.
Il devrait être possible de produire d'autres matériaux dans cette classe en faisant varier les partenaires individuels. Les recherches s'attendent à ce que cela produise des matériaux aux propriétés électroniques exotiques, tels que les nouveaux supraconducteurs ou les liquides de spin, qui sont des matériaux qui montrent un état magnétique inhabituel au zéro absolu.
