Kể từ khi khám phá ra chúng vào giữa thập niên 1980, fullerene đã mang lại nhiều thành tựu gây xúc động. Những quả cầu rỗng nhỏ xíu cấu tạo từ 60 nguyên tử carbon, dựng thành những hình ngũ giác và lục giác giống hệt như các quả bóng đá thu nhỏ, có các tính chất vật lí thật khác thường. Đồng thời, nhiều chất liệu chứa fullernene đa dạng đã được phát triển.
Giờ thì một biến thể mới vừa ra đời: Một đội khoa học người Nga và Nhật Bản đã tạo ra loại vật liệu đầu tiên cấu tạo từ những lớp fullerene hai chiều tác dụng giống như một kim loại. Như các nhà nghiên cứu tường thuật trên tạp chí Angewandte Chemie, loại hợp chất mới này có thể mở ra một lộ trình hướng đến các vật liệu siêu dẫn mới lạ.
Tất cả những tinh thể chứa fullerene trước đây có các tính chất kim loại đều là những cấu trúc một hoặc ba chiều và có chứa các nguyên tố kim loại. Dmitri V. Konarev, Gunzi Saito, và các cộng sự của họ đến từ Chernogolovka, Kyoto, và Nagoya, có tham vọng chế tạo một loại “muối” fullerene kim loại dẫn điện chứa các lớp fullerene hai chiều. Ngoài ra, họ còn muốn nó không có các ion kim loại, mà chỉ chứa các nguyên tố carbon, hydrogen, và nitrogen.
Để làm được như vậy, cần có ba thành phần khác nhau: 1) các anion fullerene, “các quả bóng đá mini” tích điện âm; 2) các cation hữu cơ tích điện dương; và 3) các phân tử hữu cơ trung hòa cỡ lớn. Thành phần 2, cation, là cần thiết để duy trì sự phân bố thích hợp của điện tích bên trong vật liệu. Hợp chất trung hòa 3 đảm bảo sự sắp xếp không gian chính xác của từng viên gạch cấu trúc riêng rẻ bên trong cấu trúc tinh thể.
Trở ngại phát sinh là các anion fullerebe trong một tinh thể có xu hướng tạo thành cặp. Để cho vật liệu hành xử như một kim loại, thì các anion fullerene cần phải được gói chặt bên trong lớp của chúng. Chỉ khi hình dạng và kích thước của các phân tử trung hòa đúng chính xác thì yêu cầu trên mới hoạt động. Đội nghiên cứu chọn sử dụng triptycene làm thành phần trung hòa; đây là một hệ vòng thơm có hình dạng tựa như các cánh quạt ba phiến. Cation hữu cơ họ sử dụng có cấu trúc kiểu lồng.
Kết quả là một tinh thể trong đó các lớp fullerene xen kẽ với các lớp cấu tạo từ hai đối tác kia. Lớp fullerene có cấu trúc tổ ong trong đó mỗi “quả bóng đá” nhỏ xíu, tích điện âm, có sáu láng giềng liền kề. Các lớp fullerene có tính dẫn cao giống như kim loại – ngay cả với những nhiệt độ xuống gần không độ tuyệt đối (1,9 K), đó là hành trạng rất khác thường.
Có thể tạo ra những chất liệu thác thuộc họ này bằng cách thay đổi các từng đối tác thành phần. Các nhà nghiên cứu trông đợi rằng điều này sẽ tạo ra những chất liệu có các tính chất điện tử mới lạ, thí dụ như các chất siêu dẫn kì lạ hoặc các chất lỏng spin, chúng là những chất liệu thể hiện trạng thái từ tính khác thường ở không độ tuyệt đối.
- Trung Thiên (theo PhysOrg.com)
