Gli idrocarburi poliaromatici (IPA) costituiscono un'importante classe di molecole, che possono essere considerati come piccole specie di grafene e che svolgono un ruolo di primo piano nello sviluppo dell'elettronica organica. Scienziati della Radboud University, l'Università di Amsterdam e la FOM ora mostrano che le strutture marginali di queste molecole apparentemente simili sono responsabili di differenze spettacolari nelle proprietà di trasporto, consentendo una progettazione più intelligente di nuovi materiali. Comunicazioni sulla natura pubblica i risultati il ​​31 agosto.

Gli IPA sono costituiti da anelli di carbonio esagonali collegati. Sono utili per produrre materiali per nuovi superconduttori su scala molecolare, ma sono anche di interesse astrofisico poiché si ritiene che una frazione sostanziale del carbonio interstellare sia rinchiusa in queste molecole molto stabili. Per tutte queste applicazioni, è importante una comprensione fondamentale della distribuzione degli elettroni e della sua relazione con le caratteristiche topologiche degli IPA. Il modo esatto in cui sono attaccati gli anelli di carbonio - la topologia della molecola - sembrava giocare un ruolo importante qui, ma non era chiaro come. Con esperimenti spettroscopici avanzati presso il Laboratorio FELIX, il fisico Héctor Alvaro Galué insieme a scienziati della Radboud University e dell'Università di Amsterdam, ha mostrato che la topologia determina come la distribuzione degli elettroni è legata alla dinamica vibrazionale dello scheletro carbonioso.

Strutture Zigag e poltrone

Con il laser a elettroni liberi FELIX alla Radboud University, Alvaro Galué ha determinato gli spettri vibrazionali di due ioni PAH carichi positivamente che consistono in cinque esagoni collegati. Il Pentacene ha una struttura a spigoli a zigzag (Figura 1, destra e Figura 2, in alto) mentre la struttura di bordo del piceno è comunemente indicata come poltrona (Figura 1, sinistra e Figura 2, parte inferiore). inaspettatamente, un confronto degli spettri IR dei due ioni IPA ha rivelato grandi differenze di intensità per le vibrazioni dei due IPA.

La ben nota approssimazione di Born-Oppenheimer (tra i fisici molecolari) costituisce una stretta separazione tra moto elettronico e nucleare. Però, le differenze descritte negli spettri vibrazionali del pentacene e del picene mostrano il contrario. Durante la prima parte di una vibrazione, un lato della molecola ha una densità elettronica maggiore rispetto all'altra metà. Durante la seconda parte della vibrazione, la situazione si inverte:la densità elettronica si sposta da quella parte. La situazione è paragonabile a un contenitore periodicamente ribaltabile pieno d'acqua, facendo scorrere l'acqua da una parte all'altra. Lo 'slashing' della densità elettronica - il flusso di elettroni - migliora l'assorbimento della luce infrarossa alla frequenza specifica degli atomi di carbonio vibranti.

flusso di elettroni

L'attuale pubblicazione mostra che lo sloshing della densità elettronica nel picene è migliorato, mentre si annulla in gran parte nel pentacene. I calcoli suggeriscono che questo non è solo il caso del picene e del pentacene, ma che è una proprietà intrinseca degli IPA con strutture a zigzag ea bordo poltrona. Ciò fornisce preziose informazioni sulle proprietà elettroniche di queste due classi di topologie PAH (e grafene).