难以捉摸的18原子“环碳”可能是迈向分子尺度晶体管的一步。
用原子力显微镜制作的碳-18分子的三维图像。
在大多数化学家放弃尝试很久之后，一组研究人员合成了第一个由纯碳组成的环状分子-一个由18个原子组成的圆圈。
化学家从碳和氧的三角形分子开始，他们用电流操纵这些分子形成碳-18环。对碳分子性质的初步研究表明，它是一种半导体，可以使类似的直链碳链作为分子尺度的电子元件使用。
日本大阪大学化学家Tobe说，这是一项“绝对惊人的工作”，开辟了一个新的研究领域。托比说：“许多科学家，包括我自己，都试图捕捉到环铁蛋白，并确定它们的分子结构，但都是徒劳的。”结果出现在科学18月15日。
资料来源：参考文献。一
纯碳有几种不同的形式，包括金刚石、石墨和“纳米管”..元素的原子可以不同的构型与自身形成化学键，例如，每个原子可以金字塔状模式与四个邻居结合，如在钻石中；或与三个原子结合，如组成六角结构的六角模式。单原子厚石墨烯片..(在块状石墨、碳纳米管和称为富勒烯的球状分子中也可以发现这种三键模式。)
但碳也可以与附近的两个原子形成键。纽约伊萨卡康奈尔大学(Cornell University)的诺贝尔化学奖得主罗尔德·霍夫曼(Roald Hoffmann)和其他人早就推测，这将导致碳原子的纯链。每个原子可能在两边形成一个双键-意思是相邻的原子共用两个电子-或者在一边形成一个三重键，另一边形成一个单一键。不同的团队试图根据这种模式合成环或链。
但英国牛津大学的化学家Przemyslaw Gawel说，由于这种结构比石墨烯或金刚石更具有化学反应性，所以它不太稳定，尤其是弯曲时。合成稳定的链和环通常需要包含碳以外的元素。一些实验暗示在气体云中产生全碳环，但他们无法找到确凿的证据。
一环
Gawel和他的合作者现在已经创造了长期寻找的环分子碳-18。使用标准的“湿”化学，他的合作者，牛津化学家洛雷尔斯克里文，第一次合成了分子，其中包括四个碳方块从环上与氧原子附着在方格。然后，研究小组将他们的样本送到瑞士苏黎世的ibm实验室，在那里，合作者将氧气-碳分子放在一层氯化钠上，置于一个高真空室内。他们用电流一次操作一个环(使用原子力显微镜也可以作为扫描调谐显微镜)，以去除多余的含氧部件。经过多次反复试验，显微扫描发现了18碳结构.“我从没想过我会看到这个，”斯克里文说。
ibm的研究人员表明，18碳环具有交替的三键和单键.关于碳-18是否会有这种结构，还是完全由双键构成，理论结果并不一致。
交替键类型很有趣，因为它们应该赋予碳链和环半导体的性质。Gawel说，这些结果表明，长而直的碳链也可能是半导体，这可能使它们成为未来分子大小晶体管的组成部分。
目前，研究人员将研究碳-18的基本性质，他们一次只能制造一个分子。他们还将继续尝试可能产生更大数量的替代技术。“到目前为止，这是非常基础的研究，”Gawel说。
霍夫曼说：“这项工作很漂亮，”但他补充说，碳-18在离开盐表面时是否稳定，是否比一次合成一个分子更有效，还有待观察。
DOI：10.1038/d 41586-019-02473-z
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