FROM
SPIN-LABELLED FUSED POLYAROMATIC COMPOUNDS TO MAGNETICALLY
ACTIVE
GRAPHENE NANOSTRUCTURES
Yury
A. Ten, Nadezhda M. Troshkova and Evgeny V. Tretyakov
Reviewer : ABDUL
RAZIS (170204025)
HASIL PENELITIAN JURNAL
Pengembangan masyarakat modern tidak
dapat dibayangkan tanpa menggunakan sistem dan materil yang aktif secara
magnetis. Pertama-tama ini mengacu pada bahan magnetik yang dapat menunjukkan
pemesanan magnetic di seluruh bulknya. Bahan-bahan seperti ini dikenal kembali
pada zaman kuno, mereka di gunakan untuk merancang intrumen pertama.1,2 selama
revolusi ilmiah dan teknologi, permintaan untuk bahan-bahan yang dimiliki
karakteristik magnetic tertentu telah meningkat.
Diproduksi dalam penemuan dan
penguasaan praktis dari sekelompok besar magnet berdasarkan transisi dan logam
tanah jarang, paduan beragam, oksida logam dan senyawa biner dan terner
lainnya.3 Prestasi yang baik adalah keberhasilan penggunaan pendekatan
molekuler untuk merancang bahan magnetik berbasis bahan pada senyawa organik,
organologam dan koordinasi, fase padat yang mampu beralih ke feromagnetik atau
keadaan feromagnetik lemah di bawah suhu kritis. 4 ± 12.
Kelompok lain dari bahan yang aktif
secara magnetis terdiri dari senyawa paramagnetik yang mengandung dua (dan
lebih) sistem spin yang saling bertukar yang terisolasi. Di bawah aksi
faktor-faktor eksternal, sistem-sistem ini dapat mengubah keadaannya, yang
menghasilkan perubahan karakteristik fisik secara tiba-tiba pada tingkat
makroskopis. macroparameter terdeteksi; oleh karena itu, mereka dianggap
sebagai elemen kerja sensor ultrasensitif, sel memori akses magnetoresistif
non-volatil dan komponen komputer kuantum.
1.
Struktur graphene berskala nano
Desain nanostrukturgraphene aktif
secara magnetis adalah bidang penelitian yang baru lahir; oleh karena itu,
masuk akal untuk mempertimbangkan tren di mana (dan pada antarmuka di
antaranya) banyak kemajuan dibuat. Pertama-tama, ini merujuk pada studi
graphene, alotrop karbon dua dimensi, yang menarik perhatian para peneliti dan
insinyur.26 Hasil mempelajari graphene memunculkan konsep umum pengembangan
bahan sp2 kelas luas, termasuk molekul aromatik polycyclic, fullerene,
carbonnanotube, graphenequantumdots, graphenenanoribbons dan turunannya
diperoleh dengan penataan, perlakuan kimia, penyisipan atom atau cacat
non-karbon. Graphene sempurna adalah non-magnetik dengan sendirinya, tetapi
turunannya menunjukkan berbagai sifat magnetik tergantung pada strukturnya.
Minat khusus dibangkitkan oleh struktur graphene dengan tepi zig-zag seperti
titik-titik kuantum dan nanorib.27 ± 30 Di bawah ini diberikan contoh-contoh
struktur seperti: hexabenzocoronene (HBC, 1) dan hidrokarbon aromatik
polycyclic menyatu dengan kursi dan tepi zig-zag (2, 3). Tepi dan cincin benzen
dipilih ditunjukkan dengan huruf tebal; untuk Kekulepolyaromatichydrocarbon 3,
salah satu struktur resonansi biradikal ditunjukkan (3 0). Nanoribbons tepi-Zigzag bersifat
antiferromagnetik, densitas putarannya terkonsentrasi di tepi dan celah pita
mereka <0,1 eV. Terlepas dari skeptisisme yang beralasan, 31 struktur nano
ini dianggap sebagai perangkat yang berfungsi untuk spintronics di mana putaran
saat ini daripada arus listrik (seperti dalam elektronik) berfungsi sebagai
pembawa informasi. Ini membuka prospek untuk pemrosesan informasi dan transfer
pada tingkat yang lebih tinggi dan dengan konsumsi energi yang lebih rendah.
Polyarenes dan -hetarene
tersubstitusi-pengganti Nitronylnitroxide Hidrokarbon aromatik polycyclic yang menyatu
selalu berfungsi sebagai area pengujian untuk mempertajam keterampilan sintesis
organik yang ditargetkan dan untuk verifikasi teori struktur dan reaktivitas
senyawa organik.66 ± 72 Hal ini diperlukan untuk memberikan penghormatan yang
tepat kepada ahli kimia yang upayanya memunculkan metode yang elegan untuk konstruksi
struktur polyaromatik yang menyatu dengan berbagai mode pemasangan cincin
aromatik dan memberikan sintesis struktur polarisasi otomatis heteroatomik dan
turunan fungsional yang beragam, yang digunakan sebagai pewarna, semikonduktor
organik, dan komponen perangkat optoelektronik.73, 74 Penelitian dalam bidang
polyarena leburan sangat diuntungkan dari penggunaan aktif pemindaian probe dan
mikroskop elektron, yang memungkinkan tidak hanya visualisasi senyawa aromatik
polisiklik, 28, 75 tetapi juga merekam karakteristik tegangan ± arus untuk
molekul tunggal.
Adenapolikliklik yang
tersubstitusi ters-butilnitroksida dalam nitronilnitroksida yang
dibahas pada Bagian sebelumnya, densitas spin pada atom karbon dari gugus ONCNO
paramagnetik adalah negatif dan, menurut data difraksi neutron terpolarisasi,
ini 2 ± 3 kali lebih rendah dari densitas spin pada nitrogen dan oksigen. atom.97,98 Selanjutnya, gugus nitronilnitroksida
sering diputar melalui sudut yang relatif terhadap bidang substituen
polyaromatik. Semua ini menghasilkan proporsi rendah kerapatan elektron tidak
berpasangan dalam polyarene, yang memiliki efek buruk pada kinerja perangkat
spintronik dengan elemen yang bekerja berdasarkan radikal nitronilnitroksida.
Untuk alasan ini, dalam desain konduktor organik yang aktif secara magnetis dan
magnet, lebih baik menggunakan kelompok radikal yang stabil secara kinetik
(misalnya, tert-butilnitroksida) yang dapat secara efisien menyuntikkan
kerapatan putaran ke dalam sistem aromatik yang menyatu. 99 Penggunaan aktif
dari kelompok tert-butilnitroksida memungkinkan peneliti dari sekolah
HiizuIwamura yang luar biasa untuk merancang sejumlah senyawa organik spin
tinggi dengan energi tinggi interaksi pertukaran antara pusat-pusat
paramagnetik (J / kB450 K) dan untuk menghasilkan magnet berdasarkan kompleks
mangan dengan tert-butylarylnitroxides, dengan suhu pemesanan magnetik mencapai
46 K.100.101
Dalam beberapa tahun
terakhir, penelitian dalam kimia tert-butil aril nitroksida telah difokuskan
pada pengembangan sistem putaran dinamis yang mengandung gugus
paramagnetik (atau beberapa kelompok semacam itu) dan gugus polyaromatik yang
menyatu.102 Misalnya, keluarga pelabelan berlabel spin naphthalene-1,8: 4,5bis
(dicarboximide) dan turunan perylene-3,4: 9,10-bis (dicarboximide) (20 ± 23),
senyawa induk untuk sekelompok pewarna foto dan termal yang stabil dengan
penyerapan yang kuat. , disiapkan dan digunakan secara luas sebagai bahan
fotoaktif dalam elektronik.103 Senyawa-senyawa ini mengandung gugus
tert-butilnitroksida digunakan untuk mendeteksi keadaan spin yang diekskresi
foto, polarisasi awal dan evolusi yang ditentukan oleh struktur, lebih
tepatnya, oleh p -topologi grup {mengikat sistem putaran.104, 105 Mengingat
tingginya naphthalene-1,8: 4,5-bis (dicarboximide) (20) dan perylene-3,4:
9,10bis (dicarboximide ) turunan (21 ± 23) untuk perakitan mandiri dari
struktur yang terorganisir, hasilnya dalam dicate kemungkinan pembentukan
ansambel spin terpolarisasi foto diinduksi supramolecular, di mana transfer
informasi spin yang koheren berlangsung selama relaksasi.
Struktur nanographene aktif secara magnetis daya tarik struktur karbon adalah gagasan yang cukup luas yang
mencakup alotrop karbon utama: berlian, grafit, nanografit, nanotube,
fullerene, graphene dan bentuk tereduksi dan teroksidasi. Struktur dari alotrop
ini bisa sempurna atau cacat, mereka dapat mengandung heteroatom dan berbagai
pengotor (termasuk magnetik) dan membentuk struktur hibrida. Yang terakhir ini
dapat mewakili, misalnya, kompleks bahan karbon dengan molekul atau ion yang
berfungsi sebagai pusat paramagnetik atau kluster pertukaran-tukar dari
pusat-pusat ini.
Kesimpulan
Tinjauan ini merangkum
data tentang sintesis dan studi senyawa polyaromatik bersatu spin-label,
termasuk struktur nanographene seperti hexabenzocoronene dan
graphenenanoribbons. Keuntungan yang terakhir termasuk stabilitas dan
kemungkinan konseptual bagi mereka untuk dipersiapkan dengan ketepatan atom,
yang menentukan seluruh rangkaian sifat fisiknya. Untuk penggunaan keuntungan
ini secara efisien, khususnya untuk mendekati desain bahan berharga untuk
spintronics molekuler, perlu untuk menentukan tugas-tugas langsung dan
tantangan prospektif.
Pertama-tama, adalah mustahil untuk dilakukan tanpa
penjelasan korelasi struktur magnetik dari struktur nanographene berlabel spin. Tantangan khusus adalah untuk
mengkarakterisasinanoribbenagraphene spin-berlabel. Hal ini dapat dilakukan
dengan mengandalkan terutama pada metode pemindaian elektron dan gaya atom yang
canggih dan, untuk penjelasan sifat magnetik, beralih ke magnetometri
mikro-SQUID; 133.134 ini memerlukan pengembangan metode untuk manipulasi
mekanis molekul tunggal. Yang terakhir adalah dengan cara yang diperlukan untuk
merancang percobaan pada pengukuran konduktivitas molekul tunggal dari
nanostrukturgraphene berlabel spin, khususnya di medan magnet.
Dalam hal ini,
sejumlah masalah nanoteknologi harus dipecahkan, khususnya menciptakan kontak
antara elektroda emas dan nanoribbons. Salah satu ide bagaimana melakukan ini
adalah sebagai berikut. Kelompok 7S7SC6H13-n harus diperkenalkan pada permukaan
ujung dari nanoribbongraphenespinlabelled; ini akan memungkinkan grafting dari
nanoribbons baik secara langsung ke elektroda emas atau ke elektroda emas
dengan partisipasi nanopartikel emas (lihat Gambar. 1). Dapat diharapkan bahwa
perakitan diri dari konduktor ini akan disertai dengan pemilihan
nanoribbenagraphene dalam hal panjang yang sesuai dengan jarak antara
elektroda. Perhatian yang cukup besar akan tertarik dengan persiapan
kompleks transfer muatan, garam ion radikal atau sistem ion kation7 dengan
hexabenzocoronenes berlabel spin (atau analognya) sebagai komponen aktif.
Secara khusus, struktur bertumpuk, yang dihasilkan dari kristalisasi
hexabenzocoronen berlabel spin dengan sistem perfluoroaromatik (terutama yang
menyatu), dapat terbukti menjanjikan.
Struktur ini diharapkan menunjukkan
interaksi antara struktur, konduktivitas, sifat magnetik dan respons terhadap
rangsangan eksternal.
Jelasnya, desain
struktur nanographene berlabel spin akan membuka prospek untuk eksperimen unik,
misalnya, yang terkait dengan deteksi keadaan spin substituen paramagnetik
(termasuk yang dipolarisasi dengan spin) dengan mengukur arus elektron; kontrol
arus putaran dengan variasi medan listrik; desain dioda putaran, transistor dan
kapasitor; transfer informasi kuantum dengan elektron konduksi di sepanjang
spin ansambel substituen paramagnetik dan keadaan tepi berinteraksi satu sama
lain. Proyek elaborasi elemen magnetik dan logika putaran menggunakan
nanoribbongraphene spin-berlabel yang dihubungkan atau ditumpangkan satu sama
lain tampaknya cukup praktis.