Химики синтезировали «жаропрочную» салфетку Серпинского

Химики из Университета Тунцзи (Шанхай) синтезировали двумерную структуру, близкую по своей форме к треугольнику Серпинского (также называемому салфеткой Серпинского). Это второй случай синтеза подобного фрактального объекта, в этот раз ученым удалось добиться его устойчивости при температурах вплоть до 170ºC (450 кельвинов). Исследование опубликовано в Chemical Communications, кратко о нем сообщает блог Королевского химического общества (Великобритания).

Треугольник Серпинского — фрактальная структура, построенная на основе равностороннего треугольника. Для его создания из фигуры вырезается треугольник, вершины которого лежат на серединах сторон исходного, затем та же операция производится с получившимися тремя равносторонними треугольниками и так до бесконечности.

В новой работе авторы использовали производные мета-терфенила в качестве строительных блоков конструкции и катионы никеля для «склеивания» каркаса. Мета-терфенил представляет собой изогнутую органическую молекулу, состоящую из последовательно соединенных фрагментов бензола. На его концах располагаются две цианогруппы, ответственные за координацию с никелем.

Химики испаряли компоненты будущей структуры в высоком вакууме, источником никеля послужила никелевая проволока, через которую пропускали электрический ток. После осаждения на поверхность кристалла золота, авторы помещали образец под сканирующий туннельный микроскоп, где с помощью тончайшей иглы определяли строение получившегося слоя. Оказалось, что молекулы формировали структуру, состоящую из треугольников, процесс вырезания секций из которых был повторен до трех раз.

Исследователи протестировали термическую устойчивость полученных треугольников. Как утверждают в своей статье авторы, структура выдерживала нагрев до 450 кельвинов. Вместе с тем, данные об устойчивости приведены только для нагрева до комнатной температуры (300 кельвинов). При этом треугольники, полученные в результате первого и второго цикла вырезания, оставались устойчивыми, к тому же наблюдалось образование новых треугольников.

Впервые фрактальные треугольники были синтезированы группой химиков из Пекинского университета и университета Филиппа в Марбурге. Молекулы в структуре были связаны между собой дипольными взаимодействиями, гораздо более слабыми, чем координационные связи в новой работе. Первые треугольники Серпинского были устойчивы лишь при температуре 80 кельвинов.