科技日报记者 吴长锋
记者29日从中国科学技术大学获悉，该校合肥微尺度物质科学国家研究中心单分子团队王兵、范其瑭教授及合作者，通过分步表面合成，制备出仅由五元环和七元环构成的金属性碳纳米带，即新的“戊庚环型”碳纳米带，并证实这种由碳原子通过共价键连接而成的亚纳米宽度一维结构能够实现高效电子输运。10月28日相关成果在线发表于《自然》。
金刚石与石墨同由碳原子组成，性质却截然不同，奥秘在于原子的连接方式。石墨烯由六元环组成蜂窝网络，换成五元环和七元环会怎样？1996年，理论学家预言，这种碳五七环结构可能像金属一样导电。碳原子通过共价键连接，却呈现金属电子性质，因而被称为“共价金属”。近三十年来，如何精准制备这种纳米带，并使其在亚纳米的宽度下保持金属性，始终有待实验解答。
研究人员选择含八元碳环的较稳定分子，先在银表面将它们连接成链，再通过加热使八元环重排，原位生成所需的并戊单元。继续升温，相邻链像拉上拉链一样侧向融合，在两条链之间形成七元环，最终得到五七环碳纳米带。获得此前难以制备的聚并戊中间体，成为打通整条路线的关键。高分辨显微成像让这些碳环的排列得以被直接辨认。两条链的相对取向不同，形成了CPHN 1和CPHN 2两种纳米带。同样只由五元环和七元环组成，它们却展现出不同的电子性质：前者是金属，后者是窄带隙半导体。
研究人员表示，这项研究工作建立了仅由五元环和七元环构成的金属性碳纳米带的合成路径，表明通过设计碳原子的连接方式，可以在亚纳米宽度的碳骨架中实现高效电子输运。这类材料为研究一维体系中的电子相互作用提供了新的实验平台，也有望作为原子尺度导线和互连单元，在未来碳基芯片中发挥作用。
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