Материаловеды из Великобритании, Италии и Голландии обнаружили, что сильные магнитные поля изменяют ход кристаллизации коронена — симметричного полиароматического углеводорода. В результате авторам удалось получить ранее не описанную кристаллическую модификацию вещества. Впервые описанный β-коронен значительно отличается по своим оптическим свойствам от ранее известных форм вещества. По словам ученых, использование магнитных полей для контроля за упорядочением молекул при кристаллизации может стать новым подходом для поиска ранее неизвестных материалов для твердофазных лазеров и полевых транзисторов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Бристоля.**

Коронен — плоский углеводород, состоящий из шести шестиугольных бензольных колец, объединенных в более крупное кольцо. В обычных условиях, например, при медленной кристаллизации из насыщенного или перенасыщенного раствора в толуоле, он образует хорошо изученные желтые иглы γ-коронена, люминесцирующие при освещении ультрафиолетом. 

Кристаллы β- и γ-коронена. Jason Potticary et al. / Nature Communications, 2016

Различия в структуре β- и γ-коронена: слева β-модификация, справа — γ. Jason Potticary et al. / Nature Communications, 2016

В новой работе ученые добавили к традиционным условиям роста кристаллов внешнее постоянное магнитное поле. Для этого сосуд, в котором находился перенасыщенный раствор коронена, помещали рядом с постоянным магнитом, создающим поле с индукцией в один тесла. Выросшие в таких условиях кристаллы оказались, как и γ-коронен, игольчатыми, но, в отличие от него, обладали оранжевой окраской и флуоресцировали другим цветом. 

Флуоресценция различных кристаллических модификаций коронена. Jason Potticary et al. / Nature Communications, 2016

Изучив структуру нового β-коронена химики выяснили, что как и в известной модификации, плоские кольца коронена располагаются «елочкой» друг по отношению к другу. Значительно уменьшился угол между плоскостями соседних колец —  с 95.86° до 49.71°. 

Причины иного поведения вещества под действием внешнего магнитного поля, по предположению авторов, связаны с магнитной восприимчивостью вещества. Так, коронен обладает выраженными диамагнитными свойствами — его молекулы намагничиваются против направления магнитного поля. При попытках вырастить кристаллы в более слабых полях (0,2 – 0,8 тесла) наблюдалась лишь  γ-форма — это указывает на то, что индукция в 1 тесла представляет собой некий порог, после которого энергетически выгодной становится иная кристаллическая модификация. 

Прибор для выращивания кристаллов во внешнем магнитном поле (A, B) Кристаллы β-коронена в реакционном сосуде. Jason Potticary et al. / Nature Communications, 2016

Попытки увидеть аналогичные изменения в кристаллах других полиароматических соединений (в частности, пирена), обладающих меньшей диамагнитной восприимчивостью, не увенчались успехом. Исследователи указывают, что нашли в литературе указания на еще один пример изменения кристаллической решетки при кристаллизации под действием магнитного поля в 2,5 тесла — речь шла о красителе с более слабой -диамагнитной восприимчивостью, чем у коронена.

В отличие от магнитных, электрические поля часто используются для выращивания кристаллов. С их помощью физики получают различные нелинейные оптические материалы. Недавно группа ученых из Университета Райса указала на другое необычное применение электрических полей — оказалось, что с помощью катушек Тесла можно запускать процесс самосборки углеродных нанотрубок.

Автор: Владимир Королёв