Quali proprietà fotofisiche ha il carbyne? Questo è stato l'oggetto della ricerca condotta dagli scienziati della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), l'Università dell'Alberta, Canada, e l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in Svizzera, che ha portato a una maggiore comprensione delle proprietà di questa insolita forma di carbonio. I loro risultati sono stati ora pubblicati nell'ultima edizione della rivista Comunicazioni sulla natura .

"Il carbonio ha uno status molto speciale nella tavola periodica degli elementi e costituisce la base di tutte le forme di vita a causa del numero estremamente elevato di composti chimici che può formare, " spiega il Prof. Dr. Dirk M. Guldi alla Cattedra di Chimica Fisica I della FAU. "Gli esempi più noti sono la grafite tridimensionale e il diamante. Però, grafene bidimensionale, i nanotubi unidimensionali e i nanopunti zero dimensionali aprono anche nuove opportunità per le applicazioni elettroniche in futuro".

Materiale dalle proprietà straordinarie

Il carbyne è una modifica del carbonio, noto come allotropo. È prodotto sinteticamente, comprende un'unica e lunghissima catena di atomi di carbonio, ed è considerato un materiale con proprietà elettroniche e meccaniche estremamente interessanti. "Però, il carbonio ha un alto livello di reattività in questa forma, " sottolinea il Prof. Dr. Clémence Corminboef dell'EPFL. "Le catene così lunghe sono estremamente instabili e quindi molto difficili da caratterizzare".

Nonostante questo fatto, il team di ricerca internazionale ha caratterizzato con successo le catene utilizzando un percorso a rotatoria. Gli scienziati guidati dal Prof. Dr. Dirk M. Guldi alla FAU, Prof. Dott.ssa Clémence Corminboeuf, Il Prof. Dr. Holger Frauenrath dell'EPFL e il Prof. Dr. Rik R. Tykwinski dell'Università di Alberta hanno messo in dubbio le ipotesi esistenti sulle proprietà fotofisiche del carbyne e hanno acquisito nuove conoscenze.

Durante la loro ricerca, il team si è concentrato principalmente sui cosiddetti oligoynes. "Possiamo fabbricare catene di carbyne di lunghezze specifiche e proteggerle dalla decomposizione aggiungendo un tipo di paraurti fatto di atomi alle estremità delle catene. Questa classe di composti ha una stabilità chimica sufficiente ed è conosciuta come oligoyne, " spiega il Prof. Dr. Holger Frauenrath dell'EPFL.

Utilizzo del gap di banda ottica

I ricercatori hanno fabbricato specificamente due serie di oligoini con simmetrie variabili e con fino a 24 legami tripli e singoli alternati. Usando la spettroscopia, successivamente hanno seguito i processi di disattivazione delle molecole rilevanti dall'eccitazione con la luce fino al completo rilassamento. "Siamo stati così in grado di determinare il meccanismo alla base dell'intero processo di disattivazione degli oligoini da uno stato eccitato fino al loro stato iniziale originale e, grazie ai dati che abbiamo raccolto, siamo stati in grado di fare una previsione sulle proprietà del carbyne, " conclude il Prof. Dr. Rik R. Tykwinski dell'Università di Alberta.

Una scoperta importante è stata il fatto che il cosiddetto gap di banda ottica è in realtà molto più piccolo di quanto precedentemente ipotizzato. Band gap è un termine del campo della fisica dei semiconduttori e descrive la conduttività elettrica dei cristalli, metalli e semiconduttori. "Questo è un enorme vantaggio, " dice il Prof. Guldi. "Più piccolo è il band gap, minore è l'energia necessaria per condurre l'elettricità." Silicio, Per esempio, che viene utilizzato nei microchip e nelle celle solari, possiede questa importante proprietà. Il carbyne potrebbe essere utilizzato in futuro insieme al silicio grazie alle sue eccellenti proprietà fotofisiche.