Соединение алмаза с фуллереном оказалось электрическим выпрямителем

l7ZuvFYMSDw1

Гибрид диамондоида и фуллерена на золотой подложке под щупом (серый вверху) атомно-силового микроскопа. Изображение: SLAC National Accelerator Laboratory.

Химики из Стэнфордского университета обнаружили, что две аллотропных модификации углерода — фуллерен и алмаз, — соединенные вместе, могут работать в качестве одномолекулярного выпрямителя, который преобразует ток из переменного в постоянный. Молекулярные выпрямители существовали и ранее, но соединение, получившееся у авторов работы, не содержит гетероатомов, а состоит только из углерода и водорода. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, кратко о нем можно прочитать на сайте Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Идея работы заключалась в том, чтобы соединить два вещества, в которых молекулярные орбитали углерода находятся в разных состояниях (sp2 у фуллерена и sp3 у алмаза). В качестве алмазоподобной части молекулы выступали так называемые диамандоиды. Эти молекулы представляют собой, фактически, микроскопический алмазный скелет, внешние связи которого замещены водородом. Минимальная «строительная ячейка» таких структур называется адамантаном.

rHJT4gXv7wY1

Различные виды диамандоидов (1-адамантан)

Диамандоиды были выделены из нефти, а фуллерены получили стандартным способом из сажи. После того, как ученые нашли способ соединить две молекулы, получившиеся гибриды нанесли на золотую подложку и стали исследовать с помощью атомно-силового микроскопа.

Оказалось, что электрический ток в молекулах-гибридах есть только в одном направлении: электроны мигрируют от алмазной части к фуллерену в 50 раз легче, чем в обратном направлении. Кроме того, благодаря частичному заряду диамандоида молекулы-гибриды образуют на подложке монослои с почти кристаллически регулярной структурой.

Ученые предполагают, что выпрямители на основе диамандоидов и фуллеренов могут использоваться при создании вычислительных устройств или микроскопических молекулярных машин.