Denne mikroskopiske ringen gir svaret på et 50 år gammelt mysterium

Med et spesiallaget nanoverktøy har forskere klart å lage verdens første ring av bare karbonatomer. De måtte bruke et atomkraftmikroskop for å avbilde den bittelille ringen. (Illustrasjon basert på mikroskopbildet: IBM Research)
Med et spesiallaget nanoverktøy har forskere klart å lage verdens første ring av bare karbonatomer. De måtte bruke et atomkraftmikroskop for å avbilde den bittelille ringen. (Illustrasjon basert på mikroskopbildet: IBM Research)

Verdens første ring av karbonatomer har blitt laget på laboratoriet. Det kan være første skritt mot kraftigere elektronikk.

Samtidig har et 50 år gammelt mysterium fått en løsning. For blant kjemikere har det vært uenighet om hvordan en ring av karbonatomer faktisk vil se ut – og om en slik mikroskopisk ring i det hele tatt er mulig å lage.

− Fram til nå har vi visst veldig lite om disse rene karbonringene. Man har sett spor av dem, tenkt at de har eksistert, og så er det først nå noen har klart å isolere dem og klart å gjøre noe med dem, sier Gerhard Olsen. Han har doktorgrad i materialteknologi og underviser i nanoteknologi ved NTNU.

Den mystiske lille ringen, som ble laget ved et IBM-laboratorium i Sveits, består av 18 karbonatomer.

Atomene står på rekke og rad − bundet sammen i en ring. Og måten de er bundet sammen på, gjør at ringene kan egne seg til å lage elektronikk i bitteliten skala, skriver forskerne bak studien i artikkelen i tidsskriftet Science.

Store teknologisk hinder

Karbonringen føyer seg inn i en rekke av rene karbonforbindelser som diamanter, nanorør av karbon og det syltynne materialet grafén. Felles for disse materialene er at karbonatomene er organisert helt symmetrisk i forhold til hverandre.

Det mest lovende med den nye ringen er at det er ett skritt på vei til et annet type karbonmateriale, mener Ida Marie Eriksdatter Høiaas, som forsker på bruken av grafén i LED-lys både ved NTNU og i bedriften Crayonano.

En ring er nemlig første steg mot å lage syltynne karbontråder − enkeltatomer av karbon som henger sammen i en lang rekke. En slik karbontråd kan nemlig brukes til å lage kraftigere elektronikk som bruker mindre strøm – sammenlignet med det vi bruker i dag.

− Hvis du bruker en tråd med enkeltatomer i en krets, vil det ta mindre plass på en chip enn hvis du bruker en ledning, sier Høiaas.

Men det er ikke sikkert det vil fungere. Enn så lenge vet forskerne ingenting om hvilke elektroniske egenskaper disse ørsmå molekylene har – hverken karbonringer eller karbontråder.

− Det er noen ganske store teknologiske hinder du må overkomme for at det skal kunne brukes inni en dings, sier Høiaas.

Imponert over metoden

Olsen på sin side mener det mest interessante med studien er at det i det hele tatt er mulig å lage denne karbonringen.

− Forskerne kan gå inn med et menneskeskapt verktøy og endre på strukturen i et enkeltmolekyl. Det er jo ganske fantastisk og gir en påminnelse på hvor langt vi har kommet innen nanomanipulering. Da er det, i hvert fall for meg, lett å tenke at det kommer til å skje store ting de neste årene.

For å lage ringen, fikk IBM-forskerne hjelp av forskere ved Oxford University. De klarte nemlig å lage et lite molekyl som lignet på ønskeringen. Dette nesten-ringformede-molekylet hadde også oksygen i seg. Det gjør det mer stabilt enn den rene karbonringen.

Og så tok forskerne ved IBM over.

− De bruker et spesielt nanoverktøy for å fjerne litt karbon og alt oksygenet og står igjen med en ren karbonring til slutt, forklarer Olsen.

Vil ikke klare seg i den virkelige verden

Ringen ble laget i vakuum på en seng av bordsalt i ekstremt lave temperaturer. Inntil videre er ikke ringen stabil utenfor laboratoriet.

Høiaas minner om at det har blitt laget mange lovende materialer på laboratoriet som ikke har fungert like godt ute i den virkelige verden, inkludert grafén som hun selv jobber med.

− Grunnen til at grafén ble så lovprist i utgangspunktet er at det har såpass gode egenskaper, både mekanisk og elektronisk. Men det har vist seg at det er vanskelig å bruke det i applikasjoner.

Grafén er bare ett atomlag tykt, som et syltynt ark hvor elektronene kan fare rundt. Det gjør dette rene karbonmaterialet til et gjennomsiktig, utrolig sterkt materiale som egner seg i elektronikk.

Men det har ikke vært like rett frem å bruke dette syltynne stoffet som mange spådde − hverken for forskerne i Trondheim eller i resten av verden.

Derfor er Høiaas varsom med å spå noe nytteverdi av den nye mikroskopiske karbonringen, som i motsetning til grafén hverken tåler romtemperatur eller å komme i kontakt med andre stoffer.

Les også: Vil redde vikingskattene med nanoteknologi

Uenighet blant kjemikerne

Et av de store mysteriene for kjemikere de siste 50 årene har vært hvordan atomene i en ren karbonring ville være bundet sammen. Forskergrupper rundt om i verden har prøvd å regne seg frem til det, men har kommet frem til forskjellige svar.

Og det er hvordan de negativt ladede elektronene fordeler seg rundt karbonatomene som har vært det store spørsmålet. For det er elektronene som lager bindingene mellom hvert karbonatom i ringen.

Gerhard Olsen, som selv har jobbet med slike beregninger i andre materialer, synes det er spennende å se hvilke forskere som fikk rett.

− Kjemien er voldsomt enkel, det er bare karbon i molekylet, men det viser seg likevel at du får helt forskjellige resultater avhengig av hvilken beregningsmetode du bruker. Og da er det ikke nødvendigvis sånn at jo mer avansert metode du bruker, jo mer riktig blir det.

− En veldig givende opplevelse

Nå kan forskerne fra IBM og Oxford University gi et endelig svar på gåten: De negativt ladede elektronene er ujevnt fordelt rundt karbonatomkjernene i ringen.

For de innvidde vil det si at elektronene i hvert karbonatom lager en såkalt trippelbinding til det ene naboatomet og en enkeltbinding til den andre naboen.

Forskerne bak studien skriver at denne ujevne fordelingen av elektronene i karbonringen gjør at den vil fungere som en halvleder i elektronikk.

Men mest av alt er de stolte av å ha klart å lage den etterlengtede ringen i en så stabil form at de fikk foreviget den.

− Å se det første bildet av karbon-18-ringen og all kjemien jeg hadde jobbet med i månedsvis komme sammen var en veldig givende opplevelse, uttalte en av forskerne bak studien, Lorel Scriven, til nettavisen Gizmodo.

Referanse

K. Kaiser med flere: An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon, Science august 2019, DOI: 10.1126/science.aay1914

Artikkelen ble først publisert av forskning.no.

Mer fra ABC Nyheter
Siste fra forsiden
10:59 Lekkasjer fra statsbudsjettet for 202010:53 Ropstad: Snikislamisering er et dårlig ord10:53 Bompengepartiet står fast ved eksklusjon10:51 Norge går inn i europeisk forsvarssamarbeid10:17 Sudansk mann drept av Libyas kystvakt10:16 Jurist i UDI siktet for korrupsjon10:10 Her er Norges beste og verste elbil-kommuner09:47 Hvert tredje salg av landbrukseiendom var fritt09:47 Ulv påkjørt i Elverum09:24 Hanevold bisettes: – Takk for fantastiske øyeblikk09:19 Over 70 prosent av avisenes inntekter kommer fremdeles fra papir09:05 Interpol trapper opp jakten på norsk drapsmann09:05 Enda en øystat i Stillehavet vender Taiwan ryggen08:57 Equinor har fått verdens største vindkontrakt08:56 Godtar valget tross manipulasjon fra NRK08:54 Global klimaprotest innledet i Australia08:53 Alvorlig varslersak mot Trump holdes hemmelig08:39 FN nekter «slemme» land taletid på klimatoppmøte – får norsk støtte08:16 Myggmiddel kan være årsak til syke diplomater på Cuba08:00 Seks personer er skutt i Washington07:57 Voldtekter over internett anmeldes stadig oftere07:30 Ødegaard: Perfekt by, stolt øyeblikk, drømmer om Europa07:19 Solbakkens lag med kruttsterk Europa-statistikk06:55 Raja avviser lederkamp i Venstre06:00 2009-2019: Ti år med begrepet «snikislamisering»05:57 Ny behandling mot arvelig eggstokkreft godkjent i Norge05:50 Dette skjer i dag05:45 Amnesty: Hongkong-politiet bruker brutal vold mot demonstrantene05:30 Dette skjedde i natt05:30 Ordførerkartet snart ferdig tegnet05:15 Klart for byrådsforhandlinger i Oslo fredag05:10 Lyngdal kommune i tilsynssak etter dobbeltdrap i Trondheim04:40 Russisk sjaman på pilegrimsreise for å «fordrive» Putin pågrepet04:36 USAs ambassadør presser hardere på at Norge må nå NATOs mål03:32 Verdens første utslippsfrie hurtigbåter i Norge i 202403:09 Burgerkjede dropper plastleker i barnemenyer02:49 FN: 29 millioner barn ble født i konfliktområder i 201802:46 Tre personer med machete tok seg inn i bolig, to skadd02:13 Saudiledet koalisjon utførte angrep mot jemenittisk havneby02:10 Kvinne i 50-årene skadd i ulykke på E16 i Nord-Aurdal01:37 Kvinne falt i sjøen ved Lysaker brygge, reddet av forbipasserende01:36 Diplomater fra Cubas FN-delegasjon utvist fra USA01:30 Nye salmonellatilfeller ved veterinærhøgskolen00:27 Greta Thunberg gir ut bøker i USA23:30 Ocean Viking plukket opp 36 mennesker i Middelhavet23:12 Britisk politi: Den raskest voksende terrortrusselen kommer fra høyreekstremister22:56 Svensson så rødt da AZ Alkmaar tok sterkt bortepoeng22:53 17-åring reddet Solskjær fra fiaskostart i Europaligaen22:13 Tønseth satte løyperekord i Bråtesten22:10 Colt avslutter midlertidig produksjonen av gevær for privatmarkedet21:57 Fugler forsvinner i USA og Canada: – Det går til helvete21:34 Abbas varsler valg i palestinske områder om kort tid20:55 Bistandsadvokat klager på henleggelsen av overgrepssak mot barnehageansatt20:54 Blytung europaligastart for Rosenborg – ble overkjørt av LASK20:41 Bekrefter: Videoer med uidentifiserbare objekter er ekte20:37 Fagforbundet ber regjeringen snu om pensjonskutt for uføre20:16 Dette kjennetegner toppidrettsutøvere som lykkes over tid20:05 Tolv drept i angrep mot flyktningleirer i Kongo19:54 Polio påvist på Filippinene19:25 Omtelling avdekket flere feil i Evenes – SV krever omvalg19:12 Erna jublet over elbil-Finnmark, men bygging av ladere kan ryke18:59 Person skadd i ulykke på E16 i Nord-Aurdal18:43 Russland og Kina la ned veto mot våpenhvile i Syria18:02 Frykter jente (10) er kidnappet i Sverige17:53 Lett Russland-seier for Ruud17:42 De rødgrønne i Oslo klare for byrådsforhandlinger17:40 Vinmonopolet får ny administrerende direktør17:25 2,1 millioner «deltakere» til Facebook-fleip: Storm Area 51!17:03 Seks nye meldinger om syke hunder16:53 Pompeo vil ha «fredelig løsning»16:53 Tunisias tidligere diktator er død16:23 Tekniske feil ved flere norske milliard-fregatter15:50 Vil be om halvannet års fengsel for Keshvari15:39 Kallmyr nektet å svare på bruk av ordet snikislamisering15:38 Kraftig økning i Tesla-klager15:37 Lett Russland-seier for Ruud15:37 USA bekrefter droneangrep i Afghanistan15:23 ABC Nyheter beklager sak om Erna Solbergs fly14:59 Kongelig misnøye med Camerons avsløring14:58 Nye regler for slanking og kosmetikk på Instagram14:48 Iran truer USA med fullskala krig14:26 Islam er forenelig med demokrati14:20 Libanon mener Israel sendte angrepsdroner14:19 70 sauer døde etter flommen i Surnadal14:14 – Hvis vi ikke skynder oss, kommer vi til å miste 50 millioner barn uten grunn14:02 Warholm-rival Samba vil doble i friidretts-VM14:01 Advokat møter UD om syk 4-åring i Syria13:49 Mystisk «sjøorm» i Kina hadde høyst menneskelig forklaring13:20 Vazelina klar for siste høgg13:10 SAS-flyene får ny design12:45 Belgisk jagerfly styrtet i Frankrike12:44 Fare for flom i Trøndelag og Nordland12:33 Venter du på likelønn i Norge, må du vente lenge12:22 Opp mot 25 stillinger kuttes i DN12:18 Brennhete Haaland nominert til UEFA-utmerkelse12:12 Lagerbäcks menn klatrer på FIFA-rankingen12:05 Her har 2.000 ansatte arbeidet i månedsvis uten å motta lønn12:01 Iran slipper kvinner inn på VM-kvalifiseringskamp11:43 Nytt rentehopp: Boliglån på 2 millioner blir 15.600 kroner dyrere11:37 Mindre bruk av antibiotika i landbruket
Siste nytt
10:59PolitikkLekkasjer fra statsbudsjettet for 202010:53PolitikkRopstad: Snikislamisering er et dårlig ord10:53PolitikkBompengepartiet står fast ved eksklusjon10:51NorgeNorge går inn i europeisk forsvarssamarbeid10:17VerdenSudansk mann drept av Libyas kystvakt10:16NorgeJurist i UDI siktet for korrupsjon10:10MotorHer er Norges beste og verste elbil-kommuner09:47PengerHvert tredje salg av landbrukseiendom var fritt09:47NorgeUlv påkjørt i Elverum09:24SportHanevold bisettes: – Takk for fantastiske øyeblikk09:19KulturOver 70 prosent av avisenes inntekter kommer fremdeles fra papir09:05VerdenInterpol trapper opp jakten på norsk drapsmann09:05VerdenEnda en øystat i Stillehavet vender Taiwan ryggen08:57PengerEquinor har fått verdens største vindkontrakt08:56PolitikkGodtar valget tross manipulasjon fra NRK08:54VerdenGlobal klimaprotest innledet i Australia08:53VerdenAlvorlig varslersak mot Trump holdes hemmelig08:39PolitikkFN nekter «slemme» land taletid på klimatoppmøte – får norsk støtte08:16VerdenMyggmiddel kan være årsak til syke diplomater på Cuba08:00VerdenSeks personer er skutt i Washington07:57NorgeVoldtekter over internett anmeldes stadig oftere07:30SportØdegaard: Perfekt by, stolt øyeblikk, drømmer om Europa07:19SportSolbakkens lag med kruttsterk Europa-statistikk06:55PolitikkRaja avviser lederkamp i Venstre06:00Norge2009-2019: Ti år med begrepet «snikislamisering»05:57Helse og livsstilNy behandling mot arvelig eggstokkreft godkjent i Norge05:50NorgeDette skjer i dag05:45VerdenAmnesty: Hongkong-politiet bruker brutal vold mot demonstrantene05:30NorgeDette skjedde i natt05:30PolitikkOrdførerkartet snart ferdig tegnet05:15NorgeKlart for byrådsforhandlinger i Oslo fredag05:10NorgeLyngdal kommune i tilsynssak etter dobbeltdrap i Trondheim04:40VerdenRussisk sjaman på pilegrimsreise for å «fordrive» Putin pågrepet04:36NorgeUSAs ambassadør presser hardere på at Norge må nå NATOs mål03:32ReiseVerdens første utslippsfrie hurtigbåter i Norge i 202403:09VerdenBurgerkjede dropper plastleker i barnemenyer02:49VerdenFN: 29 millioner barn ble født i konfliktområder i 201802:46NorgeTre personer med machete tok seg inn i bolig, to skadd02:13VerdenSaudiledet koalisjon utførte angrep mot jemenittisk havneby02:10NorgeKvinne i 50-årene skadd i ulykke på E16 i Nord-Aurdal01:37NorgeKvinne falt i sjøen ved Lysaker brygge, reddet av forbipasserende01:36VerdenDiplomater fra Cubas FN-delegasjon utvist fra USA01:30NorgeNye salmonellatilfeller ved veterinærhøgskolen00:27KulturGreta Thunberg gir ut bøker i USA23:30VerdenOcean Viking plukket opp 36 mennesker i Middelhavet23:12VerdenBritisk politi: Den raskest voksende terrortrusselen kommer fra høyreekstremister22:56SportSvensson så rødt da AZ Alkmaar tok sterkt bortepoeng22:53Sport17-åring reddet Solskjær fra fiaskostart i Europaligaen22:13SportTønseth satte løyperekord i Bråtesten22:10VerdenColt avslutter midlertidig produksjonen av gevær for privatmarkedet21:57VerdenFugler forsvinner i USA og Canada: – Det går til helvete21:34VerdenAbbas varsler valg i palestinske områder om kort tid20:55NorgeBistandsadvokat klager på henleggelsen av overgrepssak mot barnehageansatt20:54SportBlytung europaligastart for Rosenborg – ble overkjørt av LASK20:41VerdenBekrefter: Videoer med uidentifiserbare objekter er ekte20:37PengerFagforbundet ber regjeringen snu om pensjonskutt for uføre20:16Helse og livsstilDette kjennetegner toppidrettsutøvere som lykkes over tid20:05VerdenTolv drept i angrep mot flyktningleirer i Kongo19:54VerdenPolio påvist på Filippinene19:25PolitikkOmtelling avdekket flere feil i Evenes – SV krever omvalg19:12MotorErna jublet over elbil-Finnmark, men bygging av ladere kan ryke18:59NorgePerson skadd i ulykke på E16 i Nord-Aurdal18:43VerdenRussland og Kina la ned veto mot våpenhvile i Syria18:02NorgeFrykter jente (10) er kidnappet i Sverige17:53SportLett Russland-seier for Ruud17:42PolitikkDe rødgrønne i Oslo klare for byrådsforhandlinger17:40PengerVinmonopolet får ny administrerende direktør17:25Verden2,1 millioner «deltakere» til Facebook-fleip: Storm Area 51!17:03NorgeSeks nye meldinger om syke hunder16:53PolitikkPompeo vil ha «fredelig løsning»16:53VerdenTunisias tidligere diktator er død16:23NorgeTekniske feil ved flere norske milliard-fregatter15:50PolitikkVil be om halvannet års fengsel for Keshvari15:39PolitikkKallmyr nektet å svare på bruk av ordet snikislamisering15:38MotorKraftig økning i Tesla-klager15:37SportLett Russland-seier for Ruud15:37VerdenUSA bekrefter droneangrep i Afghanistan15:23PolitikkABC Nyheter beklager sak om Erna Solbergs fly14:59PolitikkKongelig misnøye med Camerons avsløring14:58KulturNye regler for slanking og kosmetikk på Instagram14:48VerdenIran truer USA med fullskala krig14:26StemmerIslam er forenelig med demokrati14:20VerdenLibanon mener Israel sendte angrepsdroner14:19Norge70 sauer døde etter flommen i Surnadal14:14Helse og livsstil– Hvis vi ikke skynder oss, kommer vi til å miste 50 millioner barn uten grunn14:02SportWarholm-rival Samba vil doble i friidretts-VM14:01NorgeAdvokat møter UD om syk 4-åring i Syria13:49VerdenMystisk «sjøorm» i Kina hadde høyst menneskelig forklaring13:20KulturVazelina klar for siste høgg13:10ReiseSAS-flyene får ny design12:45VerdenBelgisk jagerfly styrtet i Frankrike12:44NorgeFare for flom i Trøndelag og Nordland12:33PengerVenter du på likelønn i Norge, må du vente lenge12:22KulturOpp mot 25 stillinger kuttes i DN12:18SportBrennhete Haaland nominert til UEFA-utmerkelse12:12SportLagerbäcks menn klatrer på FIFA-rankingen12:05SportHer har 2.000 ansatte arbeidet i månedsvis uten å motta lønn12:01SportIran slipper kvinner inn på VM-kvalifiseringskamp11:43PengerNytt rentehopp: Boliglån på 2 millioner blir 15.600 kroner dyrere11:37NorgeMindre bruk av antibiotika i landbruket
Populært