15.2 Выращивание наноуглеродных ферромагнетиков

Для формирования и роста углеродных нанотрубок в процессе пиролиза необходимо присутствие частиц железа или кобальта. Показано, что в образовании сонаправленных углеродных нанотрубок при пиро­лизе фталоцианида железа (II) (FePc) принимают участие две частицы железа. Маленькая частица железа служит зародышем, на котором образуется трубка, а с другого конца трубки большая частица железа ускоряет ее рост. Сонаправленные нанотрубки получают на кварцевом стекле пиролизом FePc в аргон-водород­ной атмосфере.

Эти частицы железа на кон­цах сонаправленных нанотрубок могут стать основой для устройств магнитной записи высокой плотности. Стенки нанотрубок могут обеспечить немагнитные разделительные элементы между наночастицами железа, функция которых со­стоит в уменьшении магнитного взаимодействия между соседними наночастица­ми до приемлемых значений. При слишком сильном взаимодействии между ферромагнитными частицами для пе­реориентации их магнитного момента будет требоваться слишком большое поле. Повышенный интерес к синтези­рованию неполимерных органических ферромагнетиков обусловлен перспек­тивой получения таких веществ, кото­рые в результате химической модифи­кации молекул системы могут оказать­ся диэлектриками и иметь меньшую плотность. Электронное сродство мо­лекулы С60 очень велико, то есть она активно стремится связывать электроны. С другой сторо­ны, молекула C₂N₂(CH₃)₈, или диметиламиноэтилен, является активным электронным донором, то есть легко отдает электрон другой молекуле. При рас­творении С60 и диметиламиноэтилена в смеси бензола и толуола комплексное со­единение С60 и C₂N₂(CH₃)₈ выпадает в осадок. Этот комплекс имеет соотношение компонентов 1:1 и кристаллизуется в моноклинную решетку. Для этого вещества обнаружено большое увеличение магнитной восприимчивости при температуре 16К, что является признаком возникновения ферромагнитного состояния. До последнего времени это была самая высокая температура Кюри для органиче­ских ферромагнетиков.

Под давлением 6 ГПа при температуре 1000К формируется новая кристалли­ческая структура С60. В этой структуре молекулы фуллерена лежат в параллель­ных плоскостях и связаны в этих плоскостях друг с другом так, что образуют гек­сагональную решетку. Структура очень похожа на структуру графита, в которой роль атомов углерода играют молекулы Сб0. Хотя эта структура и формируется при высоком давлении, она оказывается стабильной и при нормальных условиях. Изучение магнитных свойств этого материала показало, что переход в ферромаг­нитное состояние у него происходит при поразительно высокой температуре, а именно около 500К. Однако, этот результат вызывает в научном сообществе не­который скептицизм, так как в гексагональной структуре С60 нет неспаренных электронов, необходимых для возникновения ферромагнетизма. Исследователи, получившие этот результат, предполагают, что в материале присутствуют дефек­ты, такие как разорванные химические связи между соседними молекулами С60. Такие оборванные связи могут быть источником электронов проводимости, ко­торые могли бы вызвать зонный ферромагнетизм. Таковым называется ферро­магнетизм спинов, носители которых могут передвигаться по кристаллу. Незави­симых подтверждений этого результата пока нет.