Фуллериды щелочных металлов, имеющие состав А3 C60, становятся сверхпроводящими при температуре ниже определенного значения Тс - температуры фазового сверхпроводящего перехода. При этом составе фуллерида зона проводимости заполнена электронами наполовину. Температура фазового перехода зависит от постоянной решетки фуллерида, как это показано на рис. 3. Максимальная температура Тс для фуллеридов щелочных металлов немного выше 30 К, но для сложного состава Rb – Tl - C60 она превышает 40 К, и есть основание предполагать, что пока неидентифицированный по составу фуллерид меди имеет значение Тс, равное 120 К. Таким образом, металлофуллерены являются высокотемпературными сверхпроводниками. В отличие от сложных оксидов меди это изотропные сверхпроводники, то есть параметры сверхпроводящего состояния оказываются одинаковыми по всем кристаллографическим направлениям, что является следствием высокой симметрии кубической кристаллической решетки фуллерена.

Следует признать, что проблема теоретического описания сверхпроводимости металлофуллеренов, как и традиционныхвысокотемпературных сверхпроводников на основе оксидов меди, в настоящее время далека от разрешения.

Магнетизм в фуллеридах.

Другим интересным свойством легированных фуллеренов является их ферромагнетизм. Впервые это явление было обнаружено при легировании фуллерена C60 тетрадиметиламиноэтиленом (ТДАЭ). Фуллерид C60 – ТДАЭ оказался мягким ферромагнетиком с температурой Кюри, равной 16 К . Магнитная восприимчивость характеризует реакцию магнетика на воздействие внешнего магнитного поля и определяется известным соотношением

где М – намагниченность или магнитный момент единицы объема; c - магнитная восприимчивость; Н – напряженность внешнего магнитного поля.

Вследствие того что при охлаждении ферромагнетика вблизи температуры фазового перехода Тс происходит образование обменно – связанных групп атомов или молекул (кластеров) с большим магнитным моментом, восприимчивость резко увеличивается. Дальнейшее понижение температуры (Т < Тс) приводит к уменьшению восприимчивости, поскольку при Т = Тс происходит полная магнитная поляризация образца и его намагниченность не так активно реагирует на внешнее магнитное поле.

В области парамагнетизма, то есть при температурах выше Тс магнитная восприимчивость ферромагнетика зависит от температуры в соответствии с законом Кюри - Вейсса:

где С – постоянная Кюри. На рис. 4 приведена зависимость произведения c * Т от теапературы для С60 – ТДАЭ. В соответствии с формулой (3) в парамагнитной области c* Т монотонно увеличивается с повышением температуры, однако надо помнить, что сама восприимчивость при этом уменьшается.

В заключение отметим, что проблема магнетизма фуллеридов также ждет своего решения.

Углеродные наночастицы и нанотрубы.

Вслед за открытием фуллеренов С60 и С70 при исследовании продуктов, получаемых при сгоранииграфита в электрической дуге или мошном лазерном луче, были обнаружены частицы, состоящие из атомов углерода, имеющие правильную форму и размеры от десятков до сотен нанометров и поэтому получившие название кроме фуллеренов еще и наночастиц.

Возникаеи вопрос, почему так долго не могли открыть фуллерены, получающиеся из такого распространенногоматериала как графит ? Существуют две основные причины: во – первых ковалентная связь атомов углерода очень прочная: чтобы ее разорвать необходимы температуры выше 4000 С; во- вторых, для обнаружения требуется очень сложная температура с высоким разрешением. Как теперь известно, наночастицы могут иметь самые причудливые формы.

С практической точки зрения для наноэлектроники, которая приходит сейчас на смену микроэлектроники, наибольший интерес представляют нанотрубы. Эти углеродные образования были открыты в 1991 году ученым С.Иджима. Нанотрубы представляют собой конечные графитовые плоскости, свернутые ввиде цилиндра, они могут быть с открытыми концами или с закрытыми. Эти образования интересны и с чисто научной точки зрения, как модель одномерных структур. Действительно в настоящее время обнаружены однослойные нанотрубы диаметром 9 А (0,9 нм). На боковой поверхности атомы углерода, как и в графитовой плоскости, располагаются в узлах шестиугольников, но в чашках, которые закрывают цилиндры с торцов, могут существовать и пятиугольнки и треугольники. Чаще всего нанотрубы формируются в виде коаксиальных цилиндров.

Основной трудностью при исследовании свойств нанотрубных образований является то,что в настоящее время их не удается получить в макроскопических количествах так, чтобы аксиальные оси труб были сонаправлены.

Как уже отмечалось, нанотрубы малого диаметра служат прекрасной моделью для исследований оссобенностей одномерных структур. Можно ожидать, что нанотрубы, подобно графиту, хорошо проводят электрический ток, и возможно являются сверхпроводниками. Исследование в этих направлениях - дело ближайшего будущего.

Заключение.

Мы рассмотрели далеко не все уникальные свойства фуллеренов, но я надеюсь, что даже этот небольшой экскурс в пограничную область между органической и неорганической природой, в область знаний, где тесно взаимодействуют химики, физики, биологи, специалисты по вычислительной физике и структурному анализу, позволил приоткрыть занавес над новым приоритетным направлением в науке - науке о фуллеренах.

Тот факт, что фуллерены обнаружены в естественных минералах, имеет большое значение для науки о Земле. Не исключено, что ряд неидентифицированных полос в спектрах оптического поглощения и рассеяния звездной пыли обусловлен фуллеренами. Еще в 60 – х годах на основании теоретического анализа частот этих полос было высказано предположение о том, что они обусловлены углеродными частицами. Возможно, фуллерены помогут нам получить дополнительные сведения о возникновении и эволюции Вселенной.

Что камается практической деятельности человека, то здесь полезны способности фуллерена изменять свои свойства при легировании от диэлектрических до сверхпроводящих и от диамагнетизма до ферромагнетизма. Относительно простая технология получения фуллеридов с различными свойствами позволяет надеятся на создание в скором времени кванторазмерных структур с чередующимися слоями сверхпроводник – полупроводник (или диэлектрик), металл – ферромагнетик, сверхпроводник – магнетик и т.д. Возможно, такие структуры станут основой создания новых электронных приборов. Активные исследования твердых фуллеренов ведутся только несоколько лет. Многое еще не исследовано, и сейчас трудно предсказать все возможные применения этого необычного материала в практической деятельности.

Литература

1. Kroto H.W. Heath J.R. et al // Nature. 1985. Vol.318 P.162

2. Rao C.N.R. Ram Seshardi // MRS Bull. 1994. Vol. 19. №11 P.28

3. Козырев С.В. Роткин В.В. // ФТП.1993.Т.27.вып.9С.1409