碳和氫原子的化學環彎曲形成相對穩定的結構，能夠實現導電和更多特性，但當引入新的成分時，這些彎曲的系統會纏身什麼樣的變化？日本的研究人員發現，僅僅通過一些亞原子的添加，這些特性就可以樞轉到不同的系統狀態和行為，這一點通過一種新合成的化合物得到了證明。
該結果最近發表在《美國化學學會雜誌》上。
論文作者、廣島大學高級科學與工程研究生院教授Manabu Abe說：”在過去十年中，開殼分子不僅在反應性中間體領域，而且在材料科學領域都引起了相當大的關注。”
開殼分子可以獲得或失去分子，這意味着它們可以調整為與其他化學品結合。例如，在碳納米管中，碳原子和氫原子的環彼此緊密結合。然而，增加的環越多，管的特性就越能改變。Abe和他的團隊研究了如果開殼分子暴露在除了碳原子和氫原子之外，還含有兩個電子的分子軌道的系統中，CPP可能會發生什麼變化。
將這些二元體系引入CPP的過程帶來了一種新型的偶氮烷，或氮和一組弱鍵氫原子和碳原子的化合物。這種偶氮烷與六種CPPs形成，並退化為六種帶有二律背反的CPPs。
“我們調查了解曲率和系統大小對粒子相互作用的影響，不同的狀態和它們的獨特特徵，”Abe說。
研究人員發現，嵌入二元組的CPPs具有不同的狀態和特性，例如被稱為自旋的粒子的內在描述，這取決於最終系統中有多少CPPs。自旋，一個粒子的角動量，可以根據能量的平衡方式促進或阻礙系統的穩定性。例如，在單子狀態下，即使有未結合的電子，系統仍然穩定，因為它們的自旋是相反的。三聯態也可以保持穩定，因為它們的無鍵電子可以平行旋轉。
“基態的自旋倍數在很大程度上取決於環的大小，”Abe說，他指的是自旋可以採取的潛在方向，這可以表明一個系統的穩定性。”較小的CPP衍生物傾向於單子基態”。
較小的單子態–軌道殼之間能量範圍較小的二元CPPs也展示了碳納米管的一個理想特性：芳香性，或在單一平面內更穩定的排列。由於碳氫環以不尋常的角度結合在一起形成管子，它們可以被強迫脫離排列並導致系統不穩定。一個系統中加入的環越多，系統就越不穩定。對於較小的單子態系統，環在一個平面上對齊，相比就更穩定。
下一步，研究人員計劃進一步研究這種平面內的芳香性，目的是創造出具有強鍵的最大可能的結構，並且仍然表現出這種穩定的特性。