Điều chế thành công phân tử tam giác Triangulene huyền thoại

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã điều chế thành công một phân tử hình tam giác gọi là Triangulene. Cấu trúc này rất khác thường và không bền vững. Các nhà vật lý vốn đã theo đuổi cấu trúc này được gần 70 năm.

Triangulene là cấu trúc tương tự như "siêu vật liệu" graphene, độ mỏng bằng 1 nguyên tử. Nhưng thay vì dạng tấm như của các nguyên tử carbon, Triangulene được tạo thành từ 6 phân tử carbon lục giác xếp dọc theo các cạnh của nó để tạo thành hình tam giác. Cách sắp xếp khác thường này để lại hai electron chưa ghép cặp nên rất không ổn định.

Phân tử Triangulene được tạo ra bởi một nhóm các nhà nghiên cứu ở IBM. Họ sử dụng một kính hiển vi "giống cây kim" để sắp xếp các nguyên tử đơn lẻ thành các định dạng mong muốn.

"Chúng tôi lần đầu tiên tạo ra được Triangulene. Rất nhiều nhà hóa học đã từng thử và đều thất bại", nhà nghiên cứu chính Leo Gross ở phòng thí nghiệm IBM tại Thụy Sĩ cho biết.

Thay vì dạng tấm như của các nguyên tử carbon, triangulene được tạo thành từ sáu phân tử carbon lục giác tham gia dọc theo các cạnh của nó để tạo thành một hình tam giác.

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tạo nên các phân tử không ổn định và bất quy tắc. Nhưng Triangulene là trường hợp đặc biệt hơn rất nhiều, không chỉ vì cấu trúc độc đáo, mà còn vì nó được dự đoán có các tính chất hữu ích và đột phá trong lĩnh vực thiết bị điện tử và máy tính lượng tử.

Triangulene lần đầu tiên được dự đoán và phác họa vào năm 1950 bởi nhà khoa học Séc, Erich Clar. Ông tính toán rằng về mặt lý thuyết, cấu trúc tam giác có thể tạo ra bằng sáu phân tử benzen xếp vòng tròn, và thừa ra hai electron chưa ghép cặp. Clar đã thử điều chế và thất bại.

Việc điều chế rất khó, bởi vì hai electron chưa ghép cặp không thể tồn tại một cách ổn định. Nó sẽ ngay lập tức phản ứng với bất cứ thứ gì xung quanh.

Các nhà nghiên cứu đã thử điều chế gần 70 năm qua nhưng chưa một lần thành công.

"Vừa ra đời, nó sẽ bị oxy hóa ngay lập tức", một trong những nhà nghiên cứu, Niko Pavliček nói.

Triangulene được dự đoán để có các tính chất hữu ích và đột phát trong thiết bị điện tử và máy tính lượng tử.

Nhóm nghiên cứu của IBM đã vượt qua điều này bằng cách sử dụng một kỹ thuật khác. Thay vì xây dựng ngay một cấu trúc phân tử, đầu tiên họ tạo ra một cấu trúc tiền thân lớn hơn và sau đó đẽo nó nhỏ lại.

Họ cho thêm vài nguyên tử hydro vào để làm cho các phân tử ổn định. Sau đó họ tách những nguyên tử hydro dư thừa bằng chùm tia điện tử, để lại các phân tử triangulene không ổn định. Họ thậm chí có thể chụp được các cấu trúc bằng cách sử dụng kính hiển vi quét siêu mạnh.

"Theo hiểu biết của tôi, đây là sự tồn tại đầu tiên của Triangulene" - Takeji Takui, Đại học Thành phố Osaka của Nhật Bản, người cũng làm việc với một dự án tổng hợp Triangulene, nhưng không tham gia vào các nghiên cứu của IBM nói.

Vật liệu mới này đã thể hiện một số đặc tính độc đáo và bất ngờ, rất hữu ích cho máy tính lượng tử và thậm chí tạo ra các thiết bị điện tử spin (spintronics).

Vẫn còn rất nhiều điều cần tìm hiểu về Triangulene. Và như bất kỳ vật liệu mới nào, nó gặp rất nhiều phản biện. Các nhóm nghiên cứu bây giờ sẽ có cơ hội để tìm ra những câu trả lời một cách độc lập.

Và trong khi nghiên cứu nhiều hơn vào cấu trúc mới này là cần thiết, các kỹ thuật tổng hợp hóa học mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu sẽ có ích cho việc thực hiện các cấu trúc khó nắm bắt khác.

Từ khóa liên quan:

phân tử Triangulene

phân tử tam giác Triangulene

cấu trúc của Triangulene

cấu trúc tam giác

thiết bị điện tử spin

spintronics

Leo Gross

Niko Pavliček