I fullereni sono composti da 60 atomi di carbonio uniti tra loro in anelli esagonali per formare una sfera che ricorda un pallone da calcio. I fullereni sono di grande interesse per gli scienziati dei materiali perché le loro interessanti proprietà elettroniche li rendono attraenti per l'uso nell'elettronica avanzata e nelle nanotecnologie.

Le proprietà elettroniche del fullerene possono essere modificate mediante drogaggio con altri elementi senza alterare la sua forma a pallone da calcio. In particolare, sali di fullerene drogato con ioni di litio, che è indicato come Li+@C ₆₀ , sono stati sintetizzati in alta resa, e la struttura di Li+@C ₆₀ è stato determinato. Li+@C ₆₀ i sali sono stati utilizzati nelle celle solari e negli interruttori molecolari con risultati promettenti.

Per ottimizzare le prestazioni di Li+@C ₆₀ in applicazioni quali fotovoltaico e dispositivi di commutazione, è importante comprendere a fondo le sue proprietà elettroniche. Una collaborazione di ricerca internazionale guidata dall'Università di Tsukuba ha recentemente ampliato la conoscenza di Li+@C ₆₀ con l'imaging di un singolo Li+@C ₆₀ molecole mediante microscopia a effetto tunnel (STM). STM può visualizzare materiali con risoluzione a livello molecolare e fornire informazioni sulla struttura elettronica delle singole molecole. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Carbonio .

"Abbiamo fabbricato un campione a film sottile adatto per STM mediante evaporazione sotto vuoto di un Li+@C ₆₀ sale su substrato di rame, ", afferma il coautore dello studio Seiji Sakai. "Il nostro successivo esame al microscopio ha rivelato che sebbene alcuni ioni di litio siano sfuggiti durante il processo di evaporazione, il campione conteneva un po' di Li+@C ₆₀ molecole sul substrato di rame."

Le immagini al microscopio hanno rivelato una miscela di Li+@C ₆₀ e molecole di fullerene non drogate sulla superficie del rame. Entrambi i tipi di molecole erano orientati in modo simile ma mostravano altezze e strutture elettroniche diverse, permettendo loro di differenziarsi. Il team ha dato ulteriore peso alle scoperte sperimentali conducendo calcoli della teoria del funzionale della densità per generare immagini di microscopia a effetto tunnel simulato. Le immagini di microscopia misurate sperimentalmente e simulate hanno concordato bene nel complesso.

"Il nostro studio fornisce conferma della struttura elettronica del fullerene drogato con litio, " L'autore principale Yoichi Yamada afferma. "Tali conoscenze aiuteranno la nostra capacità di modulare la struttura elettronica dei fullereni per ottimizzare le loro prestazioni nei dispositivi optoelettronici e di commutazione".

L'imaging e la conferma della struttura elettronica di Li+@C ₆₀ rappresentano passi importanti verso applicazioni avanzate di materiali organici, perché dovrebbero contribuire a controllare l'iniezione di carrier e le proprietà di trasporto dei fullereni.