Albert Einstein construyó ecuaciones de la relatividad general adoptando la geometría de Riemann. Además del papel clave que desempeñó en las matemáticas y la física, la geometría de Riemann ha proporcionado predicciones sobre las propiedades de los materiales de carbono curvos. Sin embargo, la síntesis de materiales de carbono tan complicados con superficies de Riemann sigue siendo un gran desafío.

En un estudio publicado en Nature Communications , un equipo de investigación dirigido por el Prof. Du Pingwu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China, informó la síntesis de un material de nanosolenoide de carbono (CNS) de nanografeno extendido π. El material consistía en planos continuos de grafeno en espiral, como era típico de la superficie de Riemann. El SNC mostró propiedades fotoluminiscentes y magnéticas especiales.

Para obtener el material, los investigadores sintetizaron primero el precursor de polifenileno (P1) a través de un acoplamiento de Suzuki mediado por paladio y luego llevaron a cabo una reacción de Scholl como paso de ciclodeshidrogenación. Confirmaron la existencia del SNC mediante la identificación de cambios en la resonancia magnética nuclear (RMN) de estado sólido y el espectro infrarrojo transformado de Fourier (FT-IR) entre P1 y el SNC.

Debido a su conjugación π extendida, CNS exhibió una banda de emisión desplazada hacia el rojo en comparación con P1. Los tiempos de vida de P1 y CNS también difieren según lo medido por la técnica de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo (TRPL), lo que indica la influencia de una gran conjugación π en CNS.

La TEM convencional, debido a su alta producción de energía, causaría daño estructural al SNC. Por lo tanto, los investigadores adoptaron una microscopía electrónica de transmisión de barrido de contraste de fase diferencial integrada de dosis baja (iDPC-STEM) y observaron una hélice del SNC monocatenaria. El paso helicoidal observado y el ancho coincidieron bien con los del cálculo.

Luego, los investigadores estudiaron las propiedades magnéticas y electrónicas del SNC. Como demostró la espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones (EPR), existía una gran cantidad de radicaloides en el SNC a temperatura ambiente. La magnetometría del dispositivo de interferencia cuántica superconductora (SQUID) indicó un efecto de memoria de magnetización por debajo de 150 K. Además, se pudo observar una gran histéresis térmica por debajo de 10 K como resultado de la ruptura de los electrones π debido a la estructura helicoidal.

Este trabajo introdujo un enfoque sintético sencillo del SNC con superficies de Riemann y permitió estudiar las propiedades físicas novedosas de dichos materiales. + Explora más

Síntesis y propiedades del nanografeno en forma de ala