Ученые компании IBM, совместно с исследователями из Уорикского университета (University of Warwick), впервые в истории удалось синтезировать и сделать снимки очень «хитрой» молекулы вещества под названием триангулен (triangulene, C22H12), известного еще под названием углеводород Клэра, которое существовало только в теории с 1953 года. Следует отметить, что молекулы триангулена являются столь сильно химически активными, что они могут существовать в исходном виде только в течение очень короткого времени. А предметом особого интереса к триангулену со стороны ученых являются некоторые необычные магнитные свойства молекул этого вещества, которые можно использовать в технологиях квантовых вычислений и квантовых коммуникаций.
Синтез молекул триангулена производился учеными при помощи достаточно нетрадиционного метода, вместо химического синтеза ученые использовали острый наконечник комбинированного атомно-силового и туннельного сканирующего микроскопа. Действуя этим наконечником как скальпелем, ученые удалили два атома водорода из молекулы исходного вещества. А для разрыва химических связей использовался поток высокоэнергетических электронов, «туннелирующих» под воздействием высокого напряжения, приложенного к наконечнику микроскопа.
Дополнительные измерения, проведенные при помощи того же микроскопа, показали, что все основные свойства молекулы триангулена практически полностью соответствуют теоретическим расчетным значениям. А снимки плоской молекулы триангулена, состоящей из шести «сплавленных» друг с другом бензольных колец, были получены при помощи наконечника микроскопа, на острие которого была помещена молекула угарного газа. И результаты сканирования молекулы сразу преподнесли ученым некоторые приятные сюрпризы.
«В случае изучения некоторых свободных сигма-радикалов мы неоднократно замечали, что их свободные электроны практически всегда образуют связи с атомами меди, из которой изготовлено основание» — рассказывает Аниш Мистри (Anish Mistry), ученый из Уорикского университета, — «И в данном случае мы были сильно удивлены тем, что свободные электроны триангулена, который также относится к свободным радикалам, не соединились с атомами меди. Мы считаем, что это произошло от того, что свободные электроны в этой молекуле делокализованы».
Именно эти свободные делокализованные электроны и делают молекулу триангулена особо интересной для ученых. В классической физике заряженная частица, перемещающаяся в пространстве, обладает угловым моментом и создает вокруг себя магнитное поле. С точки зрения квантовой механики такая же частица может обладать, а может и не обладать квантовым угловым моментом, называемым спином. В большинстве молекул обычных углеводородов все электроны связаны попарно и их угловые моменты взаимно компенсируют друг друга. Наличие вращающихся несвязанных электронов в молекуле триангулена приводит к появлению необычных магнитных явлений на молекулярном квантовом масштабе.
Квантовые магнитные свойства триангулена и других подобных молекул будут сохраняться в среде различных химических соединений, в широком диапазоне различных условий, таких, как давление, температура и т.п.
Поэтому ученые считают, что такие молекулы, заключенные в графеновые наноленты, могут стать в будущем основой спинтронных устройств или выступать в качестве битов (кубитов) квантовых компьютеров.
