Открытие наноструктурированных форм углерода, привлекло внимание исследователей к изучению различных свойств этих соединений. Например, при легировании С60 в ряде случаев наблюдается переход в сверхпроводящее состояние и, даже, магнитное упорядочение. Температура перехода в сверхпроводящее состояние может достигать 52 К. Изучение сверхпроводимости в ромбоэдрической фазе полимеризованного соединения С60 привело к неожиданному открытию ферромагнитных свойств этого материала. Авторы статьи обнаружили характерную зависимость М(Н), гистерезис намагниченности при температуре 300 К составляет около 400 Э. Температура Кюри, полученная из измерений намагниченности, оказалась равной приблизительно 500 К. Ранее ферромагнитное упорядочение в соединениях С60 наблюдалось только при температурах ниже 20 К [1, 2, 3].
При нормальных условиях С60 является Ван дер Ваальсовским кристаллом. Повышение давления приводит к образованию ковалентных связей, причем, в зависимости от условий, в которых протекает реакция, получается одно- двух- или трехмерный полимер. Среди изученных образцов ферромагнитные свойства были обнаружены только в двумерной ромбоэдрической фазе С60. Измерения проводились на нескольких сериях образцов, полученных в различное время при следующих условиях: температура от 970 до 1170 К, давление 6 гПа. Ферромагнитными оказались те из них, которые были приготовлены при температуре 1025 – 1050 К, что несколько меньше, чем температура, при которой разрушается структура фуллерена. Магнитная восприимчивость в слабом переменном магнитном поле существенно анизотропна. При измерении в плоскости образованной ковалентными связями восприимчивость в 5.5 раз больше, чем при измерении в направлении перпендикулярном к этой плоскости. В отличие от остальных структурных форм углерода магнитная восприимчивость ромбоэдрического С60 положительна и возрастает с ростом температуры (в диапазоне 30 – 300 К, при температурах ниже 30 К наблюдается обратная зависимость от температуры). Следует отметить, что неполимеризованный С60 является диамагнетиком.

На верхнем рисунке приведена зависимость намагниченности от магнитного поля при температурах 10 К – треугольники и 300 К – темные кружки (измерения проводились в полях до 20 кЭ). На нижнем рисунке те же кривые построены в более широком диапазоне изменения магнитного поля (до 50 кЭ). На рисунках хорошо видны полевой гистерезис и насыщение намагниченности в достаточно высоких полях.
Результаты не изменились после отжига образцов при температурах 520 и 640 К, что указывает на их фазовую стабильность. При изготовлении тщательно контролировалось отсутствие магнитных примесей, кроме того, некоторые из образцов были деполимеризованы нагреванием до 700 К, после чего они полностью утратили ферромагнитные свойства.
Детальное обсуждение результатов можно найти в полном варианте статьи.
1. B. Narymbetov, Nature 407 (2000), 883-885.
2. P. M. Allemand, Science 253 (1991), 301-303.
3. A. Mrzel, Chem. Phys. Lett. 298 (1998), 329-334.