中國合成世界上最長單原子直徑“金屬線”

中國科學家首次將單原子直徑的“金屬線”的合成長度突破微米級。按直徑和長度同比例縮放，這相當於一條4米的家用銅線。

北京高壓科學研究中心李闊團隊創新應用高壓固相拓撲聚合新策略，在國際上首次合成微米級長度、原子級粗細且結構穩定的碳包裹單金屬原子鏈。該成果8月21日發表于國際學術期刊《科學》。

圖為微米級長度的碳包裹單金屬原子鏈的合成過程示意圖。（研究團隊製圖）

單金屬原子鏈，可以理解為世界上“最細的一維金屬線”，它細到僅有一個原子的直徑，是科學家探索微觀世界低維物理規律理想的研究對象。“但這類材料的研發長期存在短板：部分製備手段只能在超高真空條件下實現，脫離這一環境便易損毀；另有方法可得到穩定、可批量製備的樣品，但原子鏈長度有限。鏈長度、穩定性、批量製備三者難以兼顧，制約著相關基礎研究和應用的潛力。”李闊説。

這一成果的最大突破在於把單金屬原子鏈的製備極限推進至微米級。借助巴黎愛丁堡壓機，團隊批量製備出的大尺寸碳包覆銅單原子鏈單晶，單根剝離後的原子鏈長度突破1微米，能連續串聯4000個以上銅原子，比過去國際上製備的樣品鏈長提升兩個數量級以上。該製備方法還可推廣至鈷、鎳、鋅等多種金屬。

為了穩住這根極細的原子級“金屬線”，研究團隊提出一個新思路。“就像給脆弱的細絲套上一層堅固的‘保護套管’，我們選取了β-酞菁銅晶體作為原料，借助高壓精準壓縮分子間距，到達臨界條件後，原料週邊分子環相互連接聚合，形成一層緻密牢固的碳質‘保護鞘’，把內部一串排列整齊的銅原子牢牢包裹鎖定。”李闊介紹。

這一研究由北京高壓科學研究中心聯合南開大學、北京大學等單位完成。“原子尺度的超細金屬線有望為下一代納米電路、柔性穿戴電子器件等提供全新材料選項，為中國新型低維功能材料的研發開闢新路徑。”世界高壓科學家、中國科學院院士毛河光説。（記者張漫子）