科技日報記者 劉霞

英國牛津大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊在新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表研究成果稱，他們合成出一種形似“分子鎖鏈”的全新碳結(jié)構(gòu)。這項突破性進(jìn)展使團(tuán)隊首次能夠在常溫環(huán)境下，對環(huán)碳這種特殊的碳分子開展深入細(xì)致的研究，有望為電子器件和量子科技領(lǐng)域帶來革命性新材料。

合成能在常溫下穩(wěn)定存在的碳分子同素異形體極具挑戰(zhàn)性。這是自1990年富勒烯（由60個碳原子構(gòu)成的足球狀碳結(jié)構(gòu)）問世以來，科學(xué)家首次實現(xiàn)這一目標(biāo)。

環(huán)碳是由N個碳原子形成的分子環(huán)，與富勒烯、碳納米管等“碳族親戚”一樣，具有獨特的導(dǎo)電特性和化學(xué)行為。但此類分子由于反應(yīng)活性太強(qiáng)，只能在極端條件下短暫存在，猶如曇花一現(xiàn)，人們難以在室溫實驗室條件下對其開展深入研究。

在最新研究中，研究團(tuán)隊找到了一種在室溫下穩(wěn)定環(huán)碳的方法。他們創(chuàng)新性地采用分子“保護(hù)套”策略：讓由48個碳原子組成的環(huán)碳像穿項鏈般穿過3個小型“保護(hù)套”分子，以保護(hù)48個碳原子不會相互碰撞，也不會與其他分子碰撞，從而形成穩(wěn)定的“套環(huán)”結(jié)構(gòu)。

這種精妙設(shè)計使得環(huán)碳分子能在常溫下穩(wěn)定存在，團(tuán)隊利用質(zhì)譜、核磁共振、紫外可見光和拉曼光譜等技術(shù)，成功解析了環(huán)碳分子的結(jié)構(gòu)特征。

研究顯示，環(huán)碳分子的48個碳原子呈現(xiàn)完美的鏈?zhǔn)脚帕?，理論上可實現(xiàn)電荷的無限傳遞。這種特性使其在晶體管、太陽能電池、半導(dǎo)體及量子器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景，也為探索更多奇異碳結(jié)構(gòu)打開了新大門。