2009年5月28日
分子5倍对称排列在一个表面上的二维晶体,尽管理论上不应该是可能的。最近研究人员电子探针和苏黎世大学的第一个步骤来更好的理解这个“不可能”的行为通过监控扫描隧道显微镜的复杂的结晶过程。
结构的例子corannulene五甲基衍生物:黑色原子晶格与普通,6倍对称,对称分子之间五倍“争夺”空间。
5倍对称晶体学中被认为是不可能出于同样的原因,五角瓷砖不存在,不可能覆盖地板或墙壁仅仅使用瓷砖与五国所有的长度相同。解决这个问题的唯一方法是使用其他几何形状来填补空白,所使用的主要清真寺的建造者早在15世纪。复杂的装饰结构由上世纪数学家“重新发现”。罗杰·彭罗斯证明了模式叫彭罗斯拼花,而达到完全覆盖以下简单的规则使用两个定期重复的几何形式。
化学家们面临一个类似的问题,因为,以此类推,分子5倍对称不能完全覆盖表面不留空白。尽管如此,他们一起努力把自己包在晶体或表面尽可能密集,其他分子。问题是,他们是怎么做到的?
Corannulene——碗状的碎片“布基球”
电子探针和苏黎世大学的研究人员一直在关注所谓的corannulene分子寻求答案。这个分子有5倍对称和形状像一碗。它被认为是一个片断buckminster-fullerene——普遍知道的巴基球,因此也被称为buckybowls corannulene分子。corannulene分子中的碳原子排列在五个六边形围绕一个中心五角戒指。希望corannulene及其衍生物将扮演新材料系统发展的一个重要组成部分,特别是对于涉及光电和电子产品的应用。
为了观察分子5倍对称二维晶体金属表面形式,电子探针科学家利用扫描隧道显微镜。他们希望看到一个不规则的结构或完全面向分子晶格对称性,其价值不是5。事实上的分子“欺骗”,从而达到最高的包装表面密度对称他们“倾斜”远离了5倍。
一个几乎定期晶格
在进一步的实验中,科学家因此使用分子与笨重的横向组织,阻止他们倾斜,并迫使五倍对称。即使这样的分子本身紧密聚集在一起。在二维晶体分子必须与一个六角晶格结盟,这是与6倍对称。但与分子6倍对称个人corannulene分子取向的差异。这一结果,研究人员最近发表在科学杂志出版的美国化学学会,预期通过数学模拟以及简单的机械建模使用五角聚苯乙烯和铝磁盘上空气床和瓶表。
的过程的对称性降低,即分子的方式实现常规的包装结构,同时离开五倍对称,提供了一个洞察晶体形成的基本过程。监控这些复杂的过程在分子水平上利用扫描隧道显微镜是一种宝贵的援助的不同方面了解分子沉积到表面和如何,例如,材料系统可以借给新特点。