Voetbalmolecuul blijkt halfgeleidend en supergeleidend

Fullerenen, de recent ontdekte grote holle 'voetbalmoleculen' die uit 60 of 70 koolstofatomen bestaan, zorgen nog voortdurend voor nieuwe verrassingen. Sinds men er vorig jaar voor het eerst in slaagde om aanzienlijke hoeveelheiden - in de orde van grammen per dag - van de nieuwe koolstofmoleculen te bereiden, hebben laboratoria over de hele wereld zich op dit onderzoek gestort om de eigenschappen van de nieuwe materialen te verkennen.

Enkele weken geleden meldde het Amerikaanse bedrijf AT&T Bell Laboratories in New Yersey dat een dunne laag fullereen, waaraan een klein beetje alkali-metaal is toegevoegd, zich gedraagt als een elektrische halfgeleider. In het jongste nummer van Nature (18 april) maakt hetzelfde bedrijf bekend ditzelfde materiaal, gekoeld tot de ijzige temperatuur van 18 graden Kelvin oftewel min 255 graden Celsius zich als supergeleider blijkt te gedragen. Voor een moleculaire supergeleider is dat een record. Als de temperatuur daalde tot 7 graden Kelvin werd de electrische weerstand van het materiaal vrijwel gelijk aan nul.

Volgens een commentator in Nature gaat het hier om een verrassende vondst, waarmee voor het eerst een brug wordt geslagen tussen organische en anorganische supergeleiders. Het ligt voor de hand dat ontdekkingen van andere, verwante supergeleiders spoedig zullen volgen.

Fullerenen, door chemici voluit aangeduid als Buckminsterfullerenen, danken hun naam aan de architect R. Buckminster Fuller die in 1954 patent aanvroeg op het principe van de geodetische koepel.

Al bijna 25 jaar geleden speculeerde Daedalus, jarenlang de huisfilosoof van het blad New Scientist, over de mogelijkheden van zulke grote, holle, uitsluitend uit koolstof bestaande moleculen. Naar verwachting zou zo'n koolstofskelet een buitengewone, intrigerende mechanische stabiliteit moeten bezitten.

In 1985 kwamen de eerste aanwijzingen dat zulke moleculen ook echt gemaakt konden worden. Dat kan in experimenten waarin grafiet (dat ook uit koolstof bestaat) met een laserstraal wordt verdampt. Aanvankelijk veronderstelde men dat de nieuwe klasse van koolstofverbindingen uitsluitend voor korte tijd in een vacuumopstelling en in kleine hoeveelheden zou kunnen bestaan.

Vorig jaar echter werd zowel in Heidelberg als in Tucson door onafhankelijke groepen onderzoekers aangetoond, dat flinke hoeveelheden, tot wel 20 procent, C en C (met respectievelijk 60 en 70 koolstofatomen) van nature aanwezig zijn in roet. Daaruit kan men de verbindingen vrij eenvoudig afscheiden, want ze lossen op in organische oplosmiddelen - in tegenstelling tot het roet zelf.

Inmiddels zijn ook verfijnde bereidingstechnieken technieken tot ontwikkeling gekomen waarmee men grotere hoeveelheden materiaal kan bereiden. Diverse bedrijven zoeken nu, meestal onder geheimhouding, naar toepassingsmogelijkheden van afgeleide verbindingen van C en C, bijvoorbeeld als smeermiddel, in katalytische processen of als nieuw materiaal voor batterijen.

Niet bekend