Что будет, если взять молекулу фуллерена C60 и разрезать ее пополам словно арбуз? То, что получится в результате такого действия, называется корануленом (corannulene, C20H10), молекулы которого, согласно результатам последних исследований, могут стать основой компонентов так называемой молекулярной электроники, схемы которой миниатюризированы до уровня отдельных молекул. И из этих молекул можно достаточно просто «составлять» распространенные виды базовых электронных приборов — транзисторы, диоды и т.п.
Фуллерен — это достаточно распространенный и хорошо изученный материал. Его молекулы, называемые еще бакиболлами, состоят из 60 атомов углерода, образующих сетку из шести- и пятиугольных ячеек, сформированную в виде полой сферы. В некоторых условиях молекула фуллерена действует как один огромный суператом, способный захватывать, удерживать и пропускать сквозь себя свободные электроны. Такое состояние молекулы называют «пустым состоянием» (buckybowl superatom states, BSS). Но, к сожалению, в такое состояние «суператом» молекулы фуллерена переходит лишь на достаточно высоком энергетическом уровне, что делает чрезвычайно трудным использование всего этого в электронике.
Для нормальной работы любого электронного устройства и прибора необходимо, чтобы электроны в его пределах имели возможность перемещаться легко и без потерь своей энергии. «Для помещения молекул фуллерена на любой из энергетических BSS-уровней требуются значительные затраты энергии» — объясняет Лейла Мартин-Сэмос (Layla Martin-Samos), исследователь из итальянского международного научного института SISSA, — «Молекулы коранулена гораздо лучше подходят для их использования в молекулярной электронике. Они переходят в «пустое» состояние при более низких уровнях энергии и это подтверждается нашими расчетами».
Итальянские исследователи провели тщательное изучение всех свойств молекул коранулена. «На этот раз мы уделили особо пристальное внимание электронным свойствам этих молекул и особенностям перехода этих молекул в одно из BSS-состояний» — рассказывает Лейла Мартин-Сэмос, — «Молекулы коранулена переходят в такое состояние при более низких уровнях энергии, нежели молекулы фуллерена, и все это делает коранулен превосходным кандидатом на его использование в элементах молекулярных электронных схем. Если молекулы коранулена расположить рядом друг с другом и обеспечить им небольшую энергетическую «подпитку», то электроны беспрепятственно переходят от одной молекулы к другой, формируя своего рода туннель, из которых и составляются электронные схемы».
Работа, проведенная итальянскими учеными не только «вскрыла» весь потенциал молекул коранулена. Результаты этой работы являются основой для будущих исследований, указывая ученым, на что им стоит обращать свое внимание. Это приведет к ускорению и удешевлению проведения реальных экспериментов, к которым итальянцы планируют приступить в самом ближайшем времени. «Мы все держим скрещенными наши пальцы. Наши теоретические и математические исследования могут привести к появлению первых в истории сложных молекулярных электронных схем. И если все пойдет, как задумано, это положительные результаты экспериментов могут быть получены уже в течение следующих нескольких месяцев».
Источник: