Фуллерены С60, известные всем как «углеродные шары», — из разряда вещей, которые принято выносить на обложки учебников и популярных журналов. Структурная формула — симметричный многогранник с 60 атомами-вершинами — выглядит настолько просто, что непонятно, как наука обходилась без нее до 1985 года, когда Смолли, Крото и Керл, будущие нобелевские лауреаты, обнаружили молекулы в копоти, оставшейся после облучения лазером куска графита. Место фуллерену нашлось даже в виртуальном ландшафте игры «Цивилизация», а памятники ему есть в Университете Шеффилда в Великобритании и в Национальном парке штата Орегон
Сам многогранник — не новость: в книге Луки Пачоли «Божественная пропорция» можно найти «фуллерен», нарисованный Леонардо да Винчи. Новая фигура не что иное, как усеченный икосаэдр, модификация одного из знаменитых платоновых тел, второй волной популярности обязанная архитектору Бакминстеру Фуллеру, в 1961 году запатентовавшему «геодезический свод» на ее основе. Если верить архитектурным критикам, ажурные полусферы на советских детских площадках явно создавались не без влияния одной из первых таких конструкций, построенной Фуллером в 1959 году для американской выставки в Сокольниках. Наконец, до самой широкой публики идею донесли дизайнеры FIFA: в финале Кубка мира 1970 года зрители увидели футбольные мячи из черных пятиугольников и белых шестиугольников — раскрашенные и «округленные» фигуры Пачоли.
Молекулу такой формы предсказали задолго до открытия. Первый расчет, доказывающий ее существование, приписывают Дмитрию Бочвару и Елене Гальперн из московского Института элементоорганических соединений. Их статья появилась в 1973 году. Сыграл ли в этом роль футбольный чемпионат, неясно, зато известно, что будущий первооткрыватель фуллеренов Гарольд Крото всерьез увлекался графическим дизайном и вместе с другим будущим первооткрывателем разглядывал 76-метровую фуллеровскую сферу на выставке в Монреале.
Несмотря на прогнозы и расчеты, появление на свет самой молекулы, случившееся осенью 1985 года, было неожиданным. В том числе и для виновников этого события. По всем канонам химической науки такую конструкцию следовало собирать шаг за шагом, «склеивая» углеродные кольца из меньших деталей, — так в лабораториях принято воспроизводить природные соединения с уже известными формулами. Собственно, химикам-органикам и был выделен грант на долгую и кропотливую сборку. Но задачу решили не они.
Квантовый химик Крото интересовался экзотическими частицами в межзвездном пространстве и вместе с Керлом и Смолли попробовал получить их на Земле, в лаборатории Университета Райса, испаряя графит лазером. Среди продуктов этого эксперимента нашли прежде неизвестную шестидесятиатомную молекулу, а придумать ей структуру было делом времени и геометрической интуиции.
С60 считали наименьшей из стабильных структур, и только в 2000 году был получен С20 в форме додекаэдра. Зато почти сразу у молекулы появились «старшие братья» — фуллерены С70, C82, С240, С540. А вслед за ними и фуллерены-матрешки, где меньший вложен в полость большего. Впрочем, и внутри самого C60 свободно помещаются отдельные атомы, поведение которых «за решеткой» меняется. Физики выяснили, что это — готовый транзистор из одной молекулы.
Фуллерены низкой симметрии — сверхпроводники, «молекулы в клетке» — потенциальные «квантовые биты» в неклассических компьютерах. Но пока практическую пользу видят в более грубых свойствах фуллеренов: жесткий и компактный углеродный шар — удобное «колесо» (или шестеренка) для наномашин, какие предсказывал пионер нанотехнологий Эрик Дрекслер. Равно как нанотрубки — ближайшие родственники фуллеренов — кандидаты на роль осей и валов. «Наномобиль» с фуллереновыми колесами даже заставили ездить по поверхности кристалла — хотя особой пользы в этом и нет, эксперимент уже впечатляет.
Так что бояться, что фуллерены останутся не у дел, пока рано.
