1950年，捷克有机化学家Erich Clar预言了一种三角形分子的存在，这种分子被称为“Triangulene”。
△ 在实验室中的Erich Clar。（图片来源： University of Glasglow）
与超级材料石墨烯相似，triangulene也是一种只有单原子厚的材料。不过和成片状展开的石墨烯不同，triangulene是由六个六边形的碳环组成，它们相互融合在一起形成一个三角形，其周围还有氢原子。这是一种不寻常的结构，其中两个外部碳原子会带有未配对的电子，因此它们无法形成稳定的键。
在近70年的努力，化学家（包括Erich Clar）在实验室中一直无法合成这种分子。这是一件非常困难的任务，因为两个未配对的电子不喜欢保持单身状态，这些电子会立即和周围的物质发生反应，从而破坏三角形的结构。
过去，化学家使用的方法是让分子互相反应以构建更大的结构。但无论化学家如何尝试，通过这种方法都得不到想要的结果。一旦在实验中合成它，它就会立即氧化。
既然从头开始合成遇到了困难，为何不反其道而行之呢？IBM的研究团队进行了一次全新的尝试。
△ Triangulene实验的领导人 Leo Gross （左），以及团队成员Niko Pavli?ek（右）。（图片来源：IBM Research）
为了制造 triangulene，IBM的团队首先合成了前体分子 “dihydrotriangulene”（这种前体曾由华威大学的化学家成功合成）。它与 triangulene 的区别在于，这种分子带有额外的氢原子，能与未配对的电子结合，形成稳定的结构。
接着，研究人员将这个分子放置在一个平面上，并利用扫描探针显微镜进行观测。这种显微镜带有一个非常尖的探针头，同时具备了“扫描隧道显微镜”与“原子力显微镜”的特点，可以用来“感觉”被观测材料的形状。研究人员使用探针尖端的两个连续电压脉冲小心地在分子上方放电，“抠掉”前体中的两个氢原子，从而形成稳定的结构。
最后，利用显微镜进行拍摄，其结果就是预言中具有对称性的 triangulene。在高真空和低温的实验条件下，产生的分子可以在被观测前保持稳定，使研究人员有足够的时间为此拍一张照片。
△ Triangulene的三角结构，上图中的两个点为未配对的电子，下图是由显微镜拍摄出的Triangulene。（图片来源：DOI：10.1038/nnano.2016.305）
日本化学家Takeji Takui说道：”据我所知，这是第一次合成未取代的triangulene“，他此前曾经合成过 triangulene 类的其他分子。
这个新材料已经显示了一些独有的和意想不到的性质。正如此前所预测的，研究人员发现两个未配对的电子具有排列自旋的性质，这使它在分子水平上呈现出磁性，意味着这种结构可以被应用在量子计算机中，以及制造自旋电子器件等。
△ 在铜表面（a）和固态氙表面（b）上的 triangulene。（图片来源：DOI：10.1038/nnano.2016.305）
研究人员也发现，triangulene可以在铜的表面保持稳定——在一个实验中稳定存在高达四天。此前预测 triangulene 会与金属反应，但为什么这没有发生，该团队还在试图找出答案。
虽然 triangulene 还有许多性质等待着去被研究，但IBM团队发展出来的这种新的化学合成方法将会被用于合成更多原先难以捉摸的结构。不过这个方法并不适合所有的化学合成，因为这个新技术耗时长且成本昂贵，对很多材料都不适合。
这个发现是很有意义的，特别是一想到这种新材料可以被用于量子计算机的发展，我想IBM都将会进一步花费更多的精力去研究它的性质。
所以，究竟有没有人想知道什么是量子计算机？
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