Dạng cầu mới của phân tử carbon

Trước kia, loại vật chất này đã được nghiên cứu dưới dạng khí, nhưng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra nó dưới dạng rắn. Phân tử này là thành viên trong một họ các phân tử carbon có tên gọi fullerene hay buckyball, được tìm thấy năm 1985. Buckyball là những phân tử hình cầu rỗng, trong đó các nguyên tử carbon ở đỉnh gắn kết với nhau thành các hình ngũ giác và lục giác, tương tự như các mặt của một quả bóng đá. Chúng có thể chịu đựng nhiệt độ và áp suất rất cao, đồng thời rất bền và dẫn điện tốt. Đặc tính này khiến Buckyball được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị nanô như các nhiệt kế. Trong họ buckyball, dạng nổi tiếng nhất là C60 - một khối cầu hình quả bóng với 60 nguyên tử carbon. Tuy nhiên, nhóm của Xie đã tạo được dạng buckyball chỉ có 50 nguyên tử. "Những buckyball nhỏ hơn C60 được dự đoán là có những đặc tính cơ học, điện và từ khác thường, xuất hiện chủ yếu do sự uốn cong mạnh bề mặt của phân tử", các nhà nghiên cứu nhận định. Buckyball C60 tương đối bền vững là do cấu trúc của nó. Phân tử này có các mặt lục giác 6 carbon và mặt ngũ giác 5 carbon. Trong khi các mặt lục giác là cấu trúc bền vững, thì các mặt ngũ giác lại tương đối nhạy cảm, dễ thay đổi. C60 ổn định là nhờ những mặt ngũ giác kém bền vững này nằm ở xa nhau (cách ly).

"Trong phân tử C60, không có hai mặt ngũ giác nào gắn với nhau cả. Bao giờ một mặt ngũ giác cũng được bao bọc bởi 5 mặt lục giác", nhóm nghiên cứu giải thích.

Nhưng trong những dạng buckyball nhỏ hơn, quy luật mặt ngũ giác cách ly này bị phá vỡ. "Bất kỳ cấu trúc nào nhỏ hơn C60 đều có vài mặt ngũ giác nằm kề nhau và khiến cho cấu trúc dễ sụp đổ". Để khắc phục trở ngại này, Xie và cộng sự đã thay đổi chút xíu phương pháp tạo C60 thông thường, nhằm tạo ra một phân tử với 50 carbon và một vòng 10 nguyên tử clo bao quanh "xích đạo" của nó. Công trình này mở ra hy vọng có thể tạo được những cầu carbon nhỏ hơn nữa, với những đặc tính ưu việt dùng cho công nghệ nano.

Nguồn: Scientist, 4/5/2004