中国合成世界上最长单原子直径“金属线”

中国科学家首次将单原子直径的“金属线”的合成长度突破微米级。按直径和长度同比例缩放，这相当于一条4米的家用铜线。

北京高压科学研究中心李阔团队创新应用高压固相拓扑聚合新策略，在国际上首次合成微米级长度、原子级粗细且结构稳定的碳包裹单金属原子链。该成果8月21日发表于国际学术期刊《科学》。

图为微米级长度的碳包裹单金属原子链的合成过程示意图。（研究团队制图）

单金属原子链，可以理解为世界上“最细的一维金属线”，它细到仅有一个原子的直径，是科学家探索微观世界低维物理规律理想的研究对象。“但这类材料的研发长期存在短板：部分制备手段只能在超高真空条件下实现，脱离这一环境便易损毁；另有方法可得到稳定、可批量制备的样品，但原子链长度有限。链长度、稳定性、批量制备三者难以兼顾，制约着相关基础研究和应用的潜力。”李阔说。

这一成果的最大突破在于把单金属原子链的制备极限推进至微米级。借助巴黎爱丁堡压机，团队批量制备出的大尺寸碳包覆铜单原子链单晶，单根剥离后的原子链长度突破1微米，能连续串联4000个以上铜原子，比过去国际上制备的样品链长提升两个数量级以上。该制备方法还可推广至钴、镍、锌等多种金属。

为了稳住这根极细的原子级“金属线”，研究团队提出一个新思路。“就像给脆弱的细丝套上一层坚固的‘保护套管’，我们选取了β-酞菁铜晶体作为原料，借助高压精准压缩分子间距，到达临界条件后，原料外围分子环相互连接聚合，形成一层致密牢固的碳质‘保护鞘’，把内部一串排列整齐的铜原子牢牢包裹锁定。”李阔介绍。

这一研究由北京高压科学研究中心联合南开大学、北京大学等单位完成。“原子尺度的超细金属线有望为下一代纳米电路、柔性穿戴电子器件等提供全新材料选项，为中国新型低维功能材料的研发开辟新路径。”世界高压科学家、中国科学院院士毛河光说。（记者张漫子）