僅3個原子寬，全世界最細的電線是怎麼研製出來的？

人類在新材料的探索和應用上又有新成果。

把鑽石、銅和硫結合起來，就能研製出人力可及的最細電線。

近日，來自斯坦福大學和美國能源部SLAC國家加速器實驗室的一支科學家團隊製作出一種極細的納米級電線——直徑僅3個原子寬。

這種納米級的電線有助於縮小電子電路的體積，使更小的設備擁有更強的計算能力，並可為研究人員探索奇異的材料物理學創造條件。

科學家把分子大小的鑽石微粒與硫原子結合，再把它們放入帶有銅原子的溶液中。結果，他們製造出一種極細的電線。

這種超級電線由三種包裹在鑽石里的原子製成。此外，它還可以像搭建樂高積木那樣自由組裝。

之前，科學家已經實現了有機（也就是碳基）分子的自組裝。其中很多都是DNA分子，也有不少研究採用了其他有機化學物。

這種超級電線的新穎之處在於，它使用了無機化學物。這正是製造電線或電子產品所需的材料。

領導該研究的斯坦福大學材料學和工程學副教授尼古拉斯·梅拉什（Nicholas Melosh）表示，目前的一大挑戰在於如何創造適當的環境，以使結合分子的引力與排開分子的斥力相平衡。

而且，還需要讓分子組合成正確的形狀。這正是上述研究所要進行的概念驗證工作。梅拉什的團隊還沒有開始研製高效的電線，但銅和硫是非常好的半導體。

這項研究的意義在於，它證明我們可以製造出一種電線並最大程度地減少其缺陷（銅和硫分子之間的分離）。它還顯示了對生長過程的控制能力。

最終，研究人員創造出一種沒有缺陷的納米電線，只有幾毫米長。這聽起來可能沒什麼大不了，但就材料學而言，卻意義重大。

1毫米要比一個分子大7、8個數量級。「我們覺得，也許可以做一整張這種材料。」梅拉什說。

操作原子級材料，一直以來都是個挑戰。例如，石墨烯只是普通石墨的一種形式，但它具有奇特而有用的特性，因為它是一種蜂窩狀平面薄膜，這種薄膜由單一碳原子構成，並且厚度只相當於一個原子。

正因如此，它的導熱性遠遠超過塊狀石墨。電子可以輕鬆穿過石墨烯，故而它成為了製造新型電子產品的上佳材料。

但到目前為止，單是製造幾平方英寸的片狀石墨烯就已然非常困難，而且造價高昂，因此這種材料的潛力還沒有得到充分發揮。

在製造納米電線的過程中，這支研究團隊使用了一種非常普通的化學物：阿肯色州的石油。石油剛從地下開採出時，還會含有許多不同地質的雜質。

就阿肯色州的石油而言，它含有分子大小的鑽石微粒。在鑽石中，碳原子呈四面體形狀排列，而在實驗室條件下，這種排列方式被改變，其中一個碳原子與一個硫原子相連。

由於形狀的原因，每一種結構只能與和自身結構一致的那部分相連，並且只能朝著一個特定的方向。這種情況在自然界並不少見：DNA分子和受體只通過特定的方式與某些分子連接。

此外，四面體彼此之間的連接非常穩固，因而十分適合作為電線的外殼，它就像黏合劑一樣，把「積木」粘合起來。

連接了硫原子的鑽石微粒被放入銅原子溶液後，銅原子會與硫原子結合。然後，與鑽石微粒和銅原子連接的硫原子會與另一個相同的結構相連。

由於鑽石微粒-硫-銅結構只按照同一個方向連接，因此形成了這種電線，也就是包裹在鑽石里的一串銅原子和硫原子。

今後，這支團隊將嘗試製造更多的此類電線，將之做成平板形式。他們還將研究，如果用金、鐵、鋅或鎘等其他材料來替換銅和硫，效果會如何。

這種納米線能做什麼，取決於它本身的材質。梅拉什說，銅和硫並沒有什麼特別之處。但如果用硅來製作這種電線，也許它可以像太陽能電池那樣發電。

翻譯：于波

來源：QUARTZ

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