Впервые синтезирована неуловимая треугольная молекула

Фото: Niko Pavlicek, IBM Research A 3D simulation of triangulene, based on a scanning-probe-microscope image of the molecule on a copper

Триангулен — углеводород с брутто-формулой C22H22 — был описан семь десятков лет назад, но получить его в лаборатории не удавалось: слишком неустойчива структура с двумя неспаренными электронами у двух атомов углерода, которые неспособны образовать между собой химическую связь, зато очень легко присоединяют к себе другие атомы и группы атомов. Ранее удавалось получить производные триангулена с группами атомов-заместителей, но в чистом виде в руки химикам он не давался.

Чтобы получить триангулен, сотрудники IBM воспользовались сканирующим зондовым микроскопом. Кончик его иглы настолько тонок, что им можно, как резцом, отделять от молекул отдельные атомы. Обычно сканирующий микроскоп используют для того, чтобы изучать структуру молекул, измеряя слабые электрические силы, возникающие между кончиком иглы и исследуемым веществом. Однако с помощью такого микроскопа можно не только наблюдать за молекулами, но и напрямую вмешиваться в ход химических реакций и создавать нестабильные промежуточные молекулы, которые под иглой микроскопа существуют дольше, чем обычно.

• 
  

  Авторы исследования за работой
  Лео Гросс (Leo Gross) (слева) и Нико Павличек (Niko Pavliček) (справа) отсекают микроскопом лишние атомы водорода от молекулы прекурсора.

В качестве прекурсора использовали дигидротриангулен, в молекуле которого не хватает тех самых двух неспаренных электронов, которые задают структуру триангулена. Пустив по игле микроскопа слабые электрические разряды, учёные аккуратно отщепили два лишних атома водорода, и в системе остались неспаренные электроны углеродных атомов. Получившаяся молекула имела треугольную форму, предсказанную для триангулена, и оставалась стабильной при очень низких давлении и температуре, пока на неё был направлен кончик микроскопа. В один из экспериментов триангулен оставался стабильным на протяжении 4 дней.

Схема получения триангулена за счёт отщепления от дигидротриангулена двух атомов водорода

Кроме чувства торжества, которое удачный эксперимент принес химикам, открытие ценно еще и особыми свойствами, которое может иметь эта странная молекула. Как выяснили исследователи, два неспаренных электрона в ней имеют одинаковые спины, что открывает перспективы использования триангулена в электронике и квантовых компьютерах. Даже если каждую молекулу триангулена нужно будет создавать «вручную», использование её в качестве кубита квантового компьютера может оправдать трудозатраты, считают авторы исследования.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.