Sunday, April 18, 2010

คาร์บอนที่เป็นแม่เหล็ก

บทความดีๆ จากวิชาการดอทคอมครับ

พอดีมีเวลาอ่านหนังสือบ้างก็เลยได้อ่านรายงานที่ลงในวารสาร Nature ฉบับล่าสุดทางอินเตอร์เนต (18 October 2001, Vol. 413, pages 690 and 716) พอดีมีเรื่องน่าสนใจอยู่เรื่องหนึ่งเลยอยากจะนำมาเสนอน่ะครับ เป็นเรื่องเกี่ยวกับ fullerene (buckyball, C60) ที่มีสมบัติความเป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง การค้นพบในครั้งนี้โดย Makarova และผู้ร่วมงานแสดงให้เห็นว่าสารประกอบอินทรีย์สามารถแสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กได้ จริง ๆ แล้วการแสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กของสารอินทรีย์นี้ได้มีการค้นพบมาหลายปีแล้ว แต่ปรากฎว่าสมบัติความเป็นแม่เหล็กของสารอินทรีย์เหล่านั้นเกิดขึ้นเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำมาก ๆ (0.65-65 K) อุณหภูมีที่ทำให้มีการเรียงตัวกันทางแม่เหล็ก (magnetic ordering) ที่ทำให้สารประกอบเหล่านี้แสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กได้นี้เรียกว่า Tc (critical temperature) ครับ ซึ่งนี้เป็น intrinsic properties ของสารประกอบนั้น ๆ และคำอธิบายถึงตัวแปรต่าง ๆ ที่มีอิทธิพลต่อ Tc ก็ค่อนข้างซับซ้อน แต่ไปหาดูในรายละเอียดได้ครับในหนังสีอประเภท magnetism/molecular magnetism ส่วนสารประกอบในรายงานที่กล่าวถึงนี่เป็นสารประกอบ phase ใหม่ของ fullerene โดยมีการจัดเรียงโครงร่างผลึกเป็นแบบ rhombohedral โดยนักวิจัยเชื่อว่า phase ใหม่นี้เป็น phase ที่เกิดจาก fullerene เกิด polymerization ขึ้น โดยเชื่อว่า polymerized fullerene ที่เกิดขึ้นนี้เป็นผลมาจากการเตรียมสารประกอบที่อุณหภูมิและความดันสูง Tc ของสารประกอบ rhombohedral fullerene นี้สูงถึง 500 K ทีเดียว นั่นก็คือว่าที่อุณหภูมิห้องนั้น สารประกอบชนิดนี้ก็แสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กแล้ว ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ตัวแรกที่แสดงสมบัติเช่นนี้ แต่อย่างไรก็ตามการค้นคว้าวิจัยนี้ก็ทำให้เกิดคำถามใหม่ ๆ ตามมาอันเนื่องมาจากผลการทดลองเช่น ถึงแม้สารประกอบอินทรีย์นี้จะเป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง แต่ว่าขนาดของความเป็นแม่เหล็ก (spontaneous magnetization) นี้มีขนาดเล็กมาก พิจารณาจาก remanent magnetization plot ซึ่งการนำไปใช้ประยุกต์ต่าง ๆ ก็อาจจะยังไม่ทำให้เกิดประโยชน์สูงสุด นอกจากนี้อีกคำถามหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ magnetic moments (spins) อยู่ที่ไหน เพราะในการที่สารมีสมบัติความเป็นแม่เหล็ก สารประกอบนั้น ๆ ต้องมี spins หรือ unpaired electrons ที่เรียงตัวกันก่อให้เกิดเป็นแม่เหล็กนั่นเอง (ferromagnetic coupling) ดังนั้นถ้าไม่มี moments หรือ ordered spins สมบัติความเป็นแม่เหล็กก็จะไม่เกิดขึ้น เช่นfullerene ในสภาวะปกติที่มีโครงผลึกแบบ cubic นั้นก็ไม่แสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กแต่อย่างใด (diamagnetic) คำอธิบายที่นักวิจัยอ้างถึงก็คือ ในโครงตะข่ายสองมิติของ rhombohedral fullerene นี้อาจมี defects เกิดขึ้น ทำให้มี unpaired electrons เกิดขึ้นซึ่งอาจเป็นจุดกำเนิดของ magnetic moment ได้ หรือว่าอาจจะมีการเกิด polymerization ที่ใช้อิเลคตรอนเพียงตัวเดียวในโครงตาข่ายนี้ ดังนั้นอิเลคตรอนตัวที่เหลือซึ่งปกติจะ couple กับอิเลคตรอนอีกตัวเกิดเป็นพันธะโควาเลนต์ขึ้นมานั้นก็อาจเป็นจุดกำเนิดของ moment ได้เช่นกัน คำตอบยังไม่เป็นที่สิ้นสุด ดังนั้นก็คงต้องมีการทดลองเพื่อหาคำอธิบายกันต่อไปว่าทำไม fullerene ที่มีโครงผลึกแบบ rhombohedral นี้จึงแสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กได้ที่อุณหภูมิห้อง งานวิจัยชิ้นนี้แสดงให้เห็นได้ดีทีเดียวว่าการวิจัยค้นคว้าเกี่ยวกับแม่เหล็กชนิดใหม่จากสารประกอบทางเคมีชนิดต่าง ๆ เพื่อที่จะนำมาใช้ประโยชน์ในเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นกำลังเป็นเรื่องสำคัญในปัจจุบัน อีกทั้งยังแสดงให้เห็นว่างานวิจัยทางเคมีสามารถเอื้อประโยชน์และขยายขอบเขตของการค้นคว้าทางวัสดุและเทคโนโลยีในปัจจุบันอีกด้วย อ้อใน Nature ฉบับเดียวกันนี้เองก็มีรายงานเกี่ยวกับเรี่อง packaging DNA by bacteriophage portal motor ด้วยครับ ผมคิดว่าเป็นเรื่องที่น่าสนใจอีกเรื่องหนึ่งเหมือนกันแต่ผมก็ไม่มีความรู้มากพอ ใครที่พอทราบเกี่ยวกับเรื่องนี้และหา Nature อ่านได้จะกรุณาช่วยขยายความให้ผู้อ่านในห้องเด็กวิทย์อ่านกันก็คงจะดีนะครับ

No comments:

Post a Comment