Πολυμερές του φουλερένιου σε ρόλο μαγνήτη

Από σελίδα του Physicsweb 18 Οκτωβρίου 2001

Φυσικοί έχουν εμφανίσει για πρώτη φορά ότι ο καθαρός άνθρακας μπορεί να είναι μαγνητικός σε θερμοκρασία δωματίου. Η Τατιάνα Makarova του Φυσικο-Τεχνικού Ιδρύματος Ioffe στην Αγία Πετρούπολη και συνάδελφοι της, σκόνταψαν τυχαία πάνω από την μαγνητική συμπεριφορά ψάχνοντας για τα σημάδια της υπεραγωγιμότητας σε πολυμερισμένο άνθρακα-60 (C₆₀). Η ανακάλυψη θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε μαγνήτες χωρις μέταλλο, που είναι φτηνότεροι και ελαφρύτεροι από τα μεταλλικά αντίστοιχά τους ( Nature Makarova και λοιποί 2001 413 716).

Παράξενη έλξη

Οι μαγνητικές ιδιότητες των ενώσεων του άνθρακα-60 ενισχυμένων με ηλεκτρόνια, έχουν κινήσει την περιέργεια στους φυσικούς, δεδομένου ότι αυτά αναφέρθηκαν αρχικά το 1991. Ο σιδηρομαγνητισμός έχει παρατηρηθεί προηγουμένως σε μια χούφτα άλλων οργανικών υλικών, αλλά μόνο στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Πράγματι, η υψηλότερη θερμοκρασία που έχει αναφερθεί προηγουμένως για έναν οργανικό μαγνήτη είναι 65 Kelvin, που είναι μια ένωση βασισμένη στο θείο κάτω από μια πίεση 16 kilobar.

Καθαρός άνθρακας-60 υπάρχει σε μια κρυστάλλινη κατάσταση, στην οποία τα μονωμένα μόρια δεσμεύονται μαζί από τις ασθενές δυνάμεις Van der Waals. Αλλά κάτω από τις υψηλές πιέσεις, το υλικό μπορεί να μετασχηματισθεί σε πολυμερή σώματα όπου τα μόρια διατηρούνται σε στενή συνοχή μέσω ομοιοπολικών δεσμών. Η ακριβής κρυσταλλική δομή αυτών των πολυμερών σωμάτων, εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη πίεση και θερμοκρασία.

Η Makarova και οι συνάδελφοι της από τη Ρωσία, τη Σουηδία, τη Γερμανία και τη Βραζιλία, προετοίμασαν μια σειρά δειγμάτων υπό διαφορετικούς όρους και διαπίστωσαν ότι μόνο η δισδιάστατη "ρομβοεδρική" φάση είναι σιδηρομαγνητική. Σε αυτήν την φάση, τα συνδεμένα μόρια του άνθρακα-60 τακτοποιούνται σε ιδιαίτερα προσανατολισμένα στρώματα όπως του γραφίτη. Τα μαγνητικά χαρακτηριστικά παρέμειναν μέχρι 500 Kelvin (225°C). Αρκετά παραπάνω από τη θερμοκρασία δωματίου. Η ομάδα ακόμη κατέδειξε ότι η μαγνήτιση των οργανικών μαγνητών είναι αρκετά ισχυρή για έναν μικρό μαγνήτη για να τους ανυψώσει από μια επιφάνεια.

Η Makarova και οι συνάδελφοι της ήταν προσεκτικοί ώστε να απομακρύνουν από τους κρυστάλους του άνθρακα- 60, τις μαγνητικές ακαθαρσίες, όπως ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο, και πιστεύουν ότι τα αποτελέσματα μπορούν να εξηγηθούν  μόνο από τις εγγενείς ιδιότητες του πολυμερούς σώματος άνθρακα-60.

Αν και η προέλευση του σιδηρομαγνητισμού παραμένει ένα μυστήριο, η ομάδα σκέπτεται ότι οι δομικές ατέλειες ή η δημιουργία μοναχικών (μη ζευγικών) ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πολυμερισμού να είναι η απάντηση.

Η ομάδα προγραμματίζει τώρα να εξετάσει τα δείγματα που προετοιμάζονται κάτω από διαφορετικές συνθήκες για να καθορίσει λεπτομερέστερα την ακριβή αιτία της μαγνητικής συμπεριφοράς.