Albert Einstein a construit des équations de la relativité générale en adoptant la géométrie de Riemann. En plus du rôle clé qu'elle a joué en mathématiques et en physique, la géométrie de Riemann a fourni des prédictions sur les propriétés des matériaux carbonés courbes. Cependant, la synthèse de ces matériaux carbonés complexes avec des surfaces de Riemann reste un grand défi.

Dans une étude publiée dans Nature Communications , une équipe de recherche dirigée par le professeur Du Pingwu de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences, a rapporté la synthèse d'un matériau de nanosolénoïde de carbone nanographène (CNS) étendu en π. Le matériau consistait en des plans continus de graphène en spirale, comme c'était typique de la surface de Riemann. Le SNC présentait des propriétés photoluminescentes et magnétiques spéciales.

Pour obtenir le matériau, les chercheurs ont d'abord synthétisé le précurseur de polyphénylène (P1) via un couplage de Suzuki médié par le Pd, puis ont effectué une réaction de Scholl comme étape de cyclodéshydrogénation. Ils ont confirmé l'existence du SNC en identifiant les changements dans la résonance magnétique nucléaire à l'état solide (RMN) et le spectre infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) entre P1 et le SNC.

En raison de sa conjugaison π étendue, CNS présentait une bande d'émission décalée vers le rouge par rapport à P1. Les durées de vie de P1 et du SNC diffèrent également, telles que mesurées par la technique de photoluminescence résolue dans le temps (TRPL), indiquant l'influence d'une grande π-conjugaison dans le SNC.

Le TEM conventionnel, en raison de sa production d'énergie élevée, causerait des dommages structurels au SNC. Ainsi, les chercheurs ont adopté une microscopie électronique à transmission à balayage par contraste de phase différentiel intégré à faible dose (iDPC-STEM) et ont observé une hélice monocaténaire du SNC. Le pas et la largeur hélicoïdaux observés correspondaient bien à ceux du calcul.

Les chercheurs ont ensuite étudié les propriétés magnétiques et électroniques du SNC. Comme démontré par la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE), un grand nombre de radicaloïdes existaient dans le SNC à température ambiante. La magnétométrie du dispositif supraconducteur d'interférence quantique (SQUID) a indiqué un effet de mémoire d'aimantation inférieur à 150 K. De plus, une grande hystérésis thermique a pu être observée en dessous de 10 K en raison de la rupture des électrons π due à la structure en hélice.

Ce travail a introduit une approche synthétique facile du SNC avec des surfaces de Riemann et a permis d'étudier les nouvelles propriétés physiques de ces matériaux. + Explorer plus loin

Synthèse et propriétés du nanographène en forme d'aile