逆天了！科學家們造出了久違的三角形分子

2月14日，《自然》子刊《Nature Nanotechnology》上刊登了一則讓人不可思議的報道——來自IBM的科學家們造出了一款三角形分子，一償化學家們近70年的夙願。

早在1950年，捷克有機化學家Erich Clar教授就預言了三角形化合物「triangulene」的存在。在他的設想中，這種分子由6個苯環融合而成。然而包括Clar教授在內，後續的合成嘗試均以失敗告終。科學家們發現，這個結構中的兩個碳原子會帶有未配對的電子，這些電子會急於和周圍的物質發生反應，破壞三角形的結構。因此，這個三角形分子一直被視作化學合成中的難點。

「你一合成它，它就會氧化。」本項研究的第一作者，IBM團隊的Niko Pavli?ek博士說道。

Triangulene是合成的難點（圖片來源：《Nature Nanotechnology》）

既然從頭合成上有困難，我們為什麼不反其道而行之呢？想到這一點的Pavli?ek博士與本項研究的主要負責人Leo Gross博士一道，做了一種全新的嘗試。首先，他們拜託化學家們合成了前體化合物「dihydrotriangulene」。與triangulene相比，這個化合物帶有額外的兩個氫原子，能與triangulene上的兩個未配對電子結合，形成穩定結構。

然而，研究人員們將這個分子放在了一種特殊的顯微鏡下。這種顯微鏡有根為這個實驗量身打造的針頭，兼具「掃描隧道顯微鏡」與「原子力顯微鏡」探針的特點。利用這根針頭，研究人員「摳」掉了兩個多餘的氫原子，讓triangulene的結果得以呈現。

本項研究的通訊作者Leo Gross博士（左）與第一作者Niko Pavli?ek博士（右）（圖片來源：《自然》）

有趣的是，通過這種方法得到的triangulene要穩定得多。至少，研究人員有足夠的時間為它照上一張相。

「據我所知，這是人類第一次合成未取代的triangulene。」大阪市立大學（Osaka City University）的工位武治教授評論說。

除了驗證Clar教授的預言外，這項發現還有著實際應用價值。正如研究人員所料，triangulene兩個未配對電子的自旋相互匹配（aligned spins）。這一量子力學的特性有望讓triangulene在量子計算，量子信息處理和自旋電子學等領域得到應用。

Gross博士指出，目前IBM的量子計算機只需要少數幾個量子比特，每一個比特對應單獨一個分子。如果能手動做出100個這樣的分子，就會非常有價值。

參考資料：

[1] Elusive triangulene created by moving atoms one at a time

[2] Scientists synthesize long-sought triangle-shaped molecule

[3] Synthesis and characterization of triangulene

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