Фуллерены

12.07.2015 Фуллерены, как новая форма существования углерода в природе наряду с давно известными алмазом и графитом, были открыты в 1985 г. при попытках астрофизиков объяснить спектры межзвездной пыли. Оказалось, что атомы углерода могут образовать высокосимметричную молекулу C60. Такая молекула состоит из 60 атомов углерода, расположенных на сфере с диаметром приблизительно в один нанометр и напоминает футбольный мяч. В соответствии с теоремой Л. Эйлера атомы углерода образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Молекула названа в честь архитектора Р. Фуллера, построившего дом из пятиугольников и шестиугольников.

Американский архитектор Бакминстер Фуллер, творивший в 1930-х, мыслил о новой геометрии, о прорыве в будущее, летающих машинах. Наиболее известные из его творений – ячеистые купола сферической формы. Они не только очень красивы. Подобные купола обладают замечательной легкостью и прочностью и имеют массу других инженерных достоинств.

К идее фуллеренов вело множество путей. Например, можно было вслед за выдающимся популяризатором науки Б. Джоунсом анализировать плотность разных веществ, увидеть разрыв в этом ряду и «придумать» «полую молекулу».

Наконец, можно было, исходя их первых принципов и классической теоремы Леонарда Эйлера про число вершин, ребер и граней многогранника, предсказать, что формула простейшей молекулы данного класса именно С60. Далее, воспользовавшись компьютерными квантово-механическими программами, можно было оценить, насколько такая молекула будет устойчива, каковы будут её энергетические уровни, а также множество других свойств. Ну а после этого уже искать её среди частичек сажи… Всё это увлекательная и ставшая легендой классика нанонауки.

Но нанотехнологией это стало лишь после того как Р. Смолли (Нобелевская премия по химии 1996 года) выяснил, при каких условиях, давлениях, температурах, в какой атмосфере подобные молекулы возникают сами… Иными словами, при каких условиях происходит самоорганизация и самоформирование подобных объектов. Ну а далее путь известен – от пионерских статей к обзорам, монографиям, патентам, учебникам, диссертациям, базам данных, дипломным и курсовым работам. Открытие потребовало десятилетий поисков, высокой квалификации, огромного труда, фантазии и удачи.

Из доклада «Проектирование будущего. Роль нанотехнологий в новой реальности» Георгия Геннадьевича Малинецкого, заместителя директора
Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН.