Ученые синтезировали наноленту Мебиуса, состоящую исключительно из атомов углерода

Единичные молекулы и молекулярные структуры используются сейчас в качестве отдельных элементов и компонентов в самых различных областях, включая нанотехнологии, электронику, оптику, биомедицину и т.п. Одним из основных видов таких молекулярных структур являются наноструктуры из углерода, к которым можно отнести широко известные углеродные нанотрубки, листы графена различной формы, молекулы фуллерена, которые все имеют относительно простые геометрические формы. Но для реализации ряда новых технологий иногда требуется нечто более сложное, однако, до последнего времени проблема синтеза сложных молекулярных углеродных наноструктур была связана со многими трудностями технологического плана.

Достаточно большой шаг в деле синтеза сложных углеродных наноструктур сделала группа японских ученых из Нагойского университета, Института молекулярных наук и Исследовательского института ICReDD. Общими усилиями им удалось разработать метод химического синтеза и превращений, в результате работы которого были получены углеродные наноструктуры в виде перекрученной ленты, ленты Мебиуса.

Отметим, что на счету этой же группы ученых уже имеется достижение в данной области. В 2017 году они добились успеха в создании кольца из углеродной наноленты, которое можно считать самой короткой в мире углеродной нанотрубкой. "Исходя из опыта создания углеродных наноколец мы знали, что главным препятствием в предстоящем деле является дополнительная энергия деформации, которая должна быть как-то введена в синтезируемую молекулу" - пишут исследователи, - "Мы провели ряд компьютерных моделирований и разработали новую методику синтеза, которая принесла нам успех".

Процесс синтеза углеродной наноленты Мебиуса производится в 14 этапов, на каждом из которых работают различные химические реакции и физические процессы. Как и прежде сначала производится синтез углеродной наноленты, концы которой замыкаются друг с другом, но в данном случае на последнем этапе была использована реакция с участием атомов никеля, в результате которой лента перекрутилась и замкнулась в ленту Мебиуса. Наличие топологической хиральности структуры ленты Мебиуса было подтверждено при помощи спектроскопии и процедуры специальной сепарации, которая позволила отделить готовые ленты Мебиуса от "неудачных" результатов проведенных процессов.

Согласно результатам предварительных расчетов углеродные наноленты Мебиуса должны обладать целым рядом свойств, отличающихся от свойств других углеродных наноструктур. Более того, ученые не исключают, что синтезированные ими ленты Мебиуса еще продемонстрируют другие, непредсказуемые и экстраординарные свойства, которые можно будет использовать с пользой для науки и технологий. А разработанный метод синтеза углеродных нанолент Мебиуса может в будущем стать основой других методов для синтеза еще более сложных углеродных наноструктур.