תרכובת פחמן בעלת מטען חשמלי תוכל להיות מוליך-למחצה עתידי

פרופסור לכימיה מהמכון הפוליטכני של וירג'יניה פיתח תחום חדש של כימיית פולרנים שיוכלו להוות את הבסיס לפיתוח יישומים של מוליכים-למחצה מולקולאריים ומחשוב קוונטי

הפרופסור לכימיה Harry Dorn מהמכון הפוליטכני של וירג'יניה פיתח תחום חדש של כימיית פולרנים שיוכלו להוות את הבסיס לפיתוח יישומים של מוליכים-למחצה מולקולאריים ומחשוב קוונטי.

דורן "משחק" עם תרכובות הפחמן החלולות המכונות פולרן (fullerenes) כאילו היו צעצועים חמקמקים. בתחילה, בשנת 1999, הוא גילה כיצד להחדיר אטומים לתוככי תרכובת פולרן הבנויה משמונים אטומי פחמן, כיצד להכינן באופן אמין, כיצד לשנות את מספר האטומים המרכיבים את "הכלוב" וכיצד לשנות את מספרם וסוגם של האטומים שהוחדרו לכלוב זה – ובכך לקבל חומר חדש ורגיש יותר למכשור של דימות תהודה מגנטית (MRI) המשמש כנשא לאטומים רדיואקטיביים ביישומים של רפואה גרעינית.

כחלק מהמחקר שמטרתו למקם אטומי גדוליניום (gadolinium) בתוככי הכלוב הפחמני ליישומי דימות, דורן הכין תרכובת פולרן בעלת שמונים אטומי פחמן המכילה בתוכה שני יוני איטריום (yttrium). לאחר-מכן הוא החל "להשתעשע" עם החומרים המרכיבים את הכלוב עצמו. הוא החליף את אחד מאטומי הפחמן באטום חנקן לקבלת החומר המסומן כ- Y2@C79N (Y=איטריום, @=בתוך, C=פחמן, N=חנקן). המרה זו מותירה את אטום החנקן עם אלקטרון עודף אחד. החוקר גילה כי אלקטרון עודף זה, במקום להיות "ממוקם" על אטום החנקן שבקליפת הכלוב הפולרני עובר פנימה ומתמקם בין יוני האיטריום כך שנוצר קשר המורכב מאלקטרון אחד. "למעשה, קשר בעל אלקטרון אחד יוצא-דופן ביותר בין שני אטומי איטריום," הוא אומר.

גילויו של סוג חדש ויציב זה של תרכובות מהסוג M2@C79N (M=אטום מתכת) נתמך ע"י ניסויים ממוחשבים שערך Daniel Crawford, פרופסור לכימיה במכון והמבנה אושר באמצעות ניסויי קריסטלוגרפיית קרני-רנטגן שערך Alan Balch, פרופסור לכימיה באוניברסיטת קליפורניה.

"אף חוקר לא עשה דבר דומה לכך," אומר החוקר הראשי. "כיום אנו יודעים כיצד להוציא החוצה את האלקטרון הבודד מהפולרן". הוא מציין כי התגלית תוכל להיות חשובה לתחומים חדשים של ספינטרוניקה, אלקטרוניקה מולקולארית, ומיקרו- וננואלקטרוניקה, וכן לתחום החדש של מחשוב קוונטי.

"לאיטריום הדיאטומי הקשור ע"י אלקטרון אחד יש תכונות ספין ייחודיות הניתנות לשינוי. הגברת הקיטוב של ספין זה תוכל להיות חשובה לשיפור הרגישות של מכשירי MRI ו- NMR," הוא אומר.

אך מעניינים יותר הינם היישומים האלקטרוניים. "אם אנו מחליפים את אחד מאטומי הפחמן באטום בור במקום באטום חנקן, יתקבל מצב של מחסור באלקטרון במקום מצב של אלקטרון עודף. בשלב הזה יש לך את הרכיבים של מוליך-למחצה," אומר החוקר הראשי.

ההודעה לעיתונות של מכון המחקר

http://www.vtnews.vt.edu/story.php?relyear=2008&itemno=549