Untersuchung von Kohlenstoffnanoröhren durch Innendotierung mit paramagnetischen Spinsonden

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Mit N@C60 (atomarer Stickstoff eingekapselt in C60) konnte erstmals ein hochreaktives Atom stabil in eine molekulare Falle eingekapselt werden. Das Stickstoffatom befindet sich als neutrales Teilchen im Zeitmittel im Zentrum des [60] Fullerens, ohne eine chemische Bindung mit den Kohlenstoffatomen einzugehen. Es behält seine atomare Grundzustandskonfiguration bei und ist unter Umgebungsbedingungen (z.B. an Luft bei Raumtemperatur) stabil. N@C60 wird durch Ionenimplantation hergestellt und kann durch Filtrierung und Chromatographie von anderen Bestandteilen getrennt werden. Auf Grund seines paramagnetischen Grundzustands (S = 3/2) kann N@C60 als hochempfindlicher Sensor für lokale Symmetrien bzw. magnetische Felder eingesetzt werden. Dies bietet die Möglichkeit, auch Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT) durch Innendotierung mit N@C60 zu untersuchen, da Fullerene (und damit auch N@C60) wegen einer starken attraktiven Wechselwirkung mit der inneren Oberfläche von CNT zur fast quantitativen Füllung von CNT genutzt werden können. Wegen ihrer Topologie werden die erzeugten Strukturen auch als peapods bezeichnet. Ziel der Untersuchung ist zunächst die Bestimmung der Beweglichkeit der Fullerene in der quasi eindimensionalen Topologie der CNT. Durch Vergleich der Ergebnisse für N@C60 und N@C70 soll ein Modell für die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade der Spinsonden entwickelt werden. Weiterhin soll geprüft werden, ob die exzeptionellen magnetischen Resonanzeigenschaften des N@C60 in Bezug auf lange Spinrelaxationszeiten auch unter peapod Bedingungen erhalten bleiben, und sie so im Prinzip zur Darstellung von Qubits geeignet sind.