IBM与华威科学家首次高分辨成像三角烯：高活性三角分子

IBM与华威大学研究者为三角烯拍摄首张特写。

(7 April, 更新：论文登上Nature Nanotechnology 4月刊封面)。 IBM与华威科学家首次高分辨成像三角烯：高活性三角分子

2017年4月Nature Nanotechnology第12卷第4期。图片来源Niko Pavlicek, IBM Research。封面设计：Bethany Vukomanovic

今日发表于Nature Nanotechnology，IBM科学家让不可见变可见。

几周前IBM发布未来五年五大预测。现在，苏黎世研究者添加第六预测：以前所未有精度成像与操控最小已知分子的能力。

传统上，戊苯、奥林匹烯、六苯并冠烯、头孢菌素A等分子用2D球棍模型描绘。得益于IBM 2009年引入显微镜方法，全球科学家现可捕获这些结构的非凡细节，有时是理论提出数十年后首次成像。

“以如此高分辨率看到单个分子，对化学家具有变革性，尤对异常或高活性物种，”华威大学David Fox教授说。

华威大学David Fox教授，2012年首次与IBM Research合作。

IBM团队含两位ERC资助得主——Leo Gross与Gerhard Meyer——亦执行原子操纵，实现表面可控化学反应。

去年联合圣地亚哥德孔波斯特拉大学CiQUS，团队触发并观测Bergman环化；前年成像炔烃——115年前提出的短命高活性分子——确证其存在。

今日，IBM研究者与华威化学家合成表征三角烯（Clar烃），1953年首次假设但因极不稳定从未分离。

“我们在奥林匹烯框架加一环，增加复杂度但最终产生迷人性质的分子，”华威大学Anish Mistry解释。

第一作者Niko Pavliček（IBM）注：“我们用炔烃与Bergman研究的原子操纵技术生成三角烯，此前未合成、高活性物种，具显著磁性。”

工作基于IBM开创的扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜（AFM）结合，二技术让前IBM科学家分获1980年代诺贝尔与Kavli奖。

此研究中，STM探针尖通过隧穿电子电压诱导从前体分子移除两氢原子。产物在低电压下成像揭示分子轨道。密度泛函理论计算佐证三角烯吸附表面时保持固有性质。

一氧化碳终止探针的AFM分辨平面分子六个融合苯环，形成对称三角——首张高分辨图像。

IBM科学家Leo Gross共同开发成像三角烯的AFM技术。

Gross解释：“σ自由基典型与铜键合，但三角烯作为π自由基因离域未成对电子，不在铜上形成此类键，惊人结果凸显其独特电子结构。”

未成对电子产生分子尺度磁矩。常规烃类中成对电子抵消自旋效应，但三角烯离域自旋产生可测磁性，具潜在自旋电子应用。

Pavliček设想：“将三角烯类片段掺入石墨烯纳米带，作为有机自旋电子器件有前景路径。”石墨烯纳米带亦被探索用于轻量高强复合材料。

“我们证实三角烯磁性在氙或氯化钠表面持久，”Pavliček补充。“但当前STM/AFM缺磁场，详细磁态与激发待进一步研究。”

此研究属IBM新协作联盟——IBM Research Frontiers Institute一部分，汇聚成员开发突破技术、评估商业影响。

部分经费来自欧盟地平线2020 PAMS与ITN QTea项目及ERC资助CEMAS、AMSEL。

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