2月13日出版的《自然·納米技術》雜志刊登了IBM研究人員的一項重大研究成果:該公司位于瑞士蘇黎世的實驗室團隊開創了一種全新的化學合成方式,利用顯微鏡針頭手工“敲打”原子,首次成功合成并捕捉到能穩定存在4天之久的三角烯分子。這一全新結構將在量子計算、量子信息處理和自旋電子學等領域展現巨大應用潛力。
與原子厚材料石墨烯內碳原子呈六角形類似,三角烯分子含有6個六角形碳結構,這些六角形通過共用邊長結合成三角形。但外側兩個碳原子因相距太遠無法配對,其內分別含有的未配對電子使得三角烯極不穩定,一旦“合成”就會立即被氧化,雖然三角烯的衍生物在上世紀50年代就有報道,但至今為止傳統化學方法始終無法獲得穩定存在的三角烯分子。
領導這次研究的IBM里昂·格羅斯團隊之前已經證明,掃描探針顯微鏡(SPM)能用來指導化學反應過程并合成出不穩定中間體。這次,他們將雙氫三角烯前體沉積到鹽、固體氙或銅的表面,將顯微鏡針頭置于前體分子正上方,通過針尖向前體分子施加兩個連續壓力脈沖,移走前體中的氫原子,從而合成出三角烯。在高真空低溫條件下,合成的三角烯分子在銅表面能穩定存在4天之久,這個時間足夠科學家們進行顯微鏡拍照,獲得其形狀和對稱性等特性。
研究人員還對三角烯的磁學特性進行了檢測,結果表明,三角烯內兩個未配對電子的自旋方向始終保持整齊劃一,這一量子力學特性賦予三角烯獨一無二的電學應用。研究人員預言,三角烯將在量子計算和量子信息處理方面應用廣泛,特別是在自旋量子學領域,將用于開發通過操控電子自旋來編碼和處理信息的電子設備。