逆天了!科学家们造出了久违的三角形分子

来源:药明康德 / 作者: / 2017-02-15
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2 月 14 日,《自然》子刊《Nature Nanotechnology》上刊登了一则让人不可思议的报道——来自 IBM 的科学家们造出了一款三角形分子,一偿化学家们近 70 年的夙愿。

早在 1950 年,捷克有机化学家 Erich Clar 教授就预言了三角形化合物“triangulene”的存在。在他的设想中,这种分子由 6 个苯环融合而成。然而包括 Clar 教授在内,后续的合成尝试均以失败告终。科学家们发现,这个结构中的两个碳原子会带有未配对的电子,这些电子会急于和周围的物质发生反应,破坏三角形的结构。因此,这个三角形分子一直被视作化学合成中的难点。

“你一合成它,它就会氧化。”本项研究的第一作者,IBM 团队的 Niko Pavliček 博士说道。

▲Triangulene 是合成的难点(图片来源:《Nature Nanotechnology》)

既然从头合成上有困难,我们为什么不反其道而行之呢?想到这一点的 Pavliček 博士与本项研究的主要负责人 Leo Gross 博士一道,做了一种全新的尝试。首先,他们拜托化学家们合成了前体化合物“dihydrotriangulene”。与 triangulene 相比,这个化合物带有额外的两个氢原子,能与 triangulene 上的两个未配对电子结合,形成稳定结构。

然而,研究人员们将这个分子放在了一种特殊的显微镜下。这种显微镜有根为这个实验量身打造的针头,兼具“扫描隧道显微镜”与“原子力显微镜”探针的特点。利用这根针头,研究人员“抠”掉了两个多余的氢原子,让 triangulene 的结果得以呈现。

▲本项研究的通讯作者 Leo Gross 博士(左)与第一作者 Niko Pavliček 博士(右)(图片来源:《自然》)

有趣的是,通过这种方法得到的 triangulene 要稳定得多。至少,研究人员有足够的时间为它照上一张相。

“据我所知,这是人类第一次合成未取代的 triangulene。”大阪市立大学(Osaka City University)的工位武治教授评论说。

除了验证 Clar 教授的预言外,这项发现还有着实际应用价值。正如研究人员所料,triangulene 两个未配对电子的自旋相互匹配(aligned spins)。这一量子力学的特性有望让 triangulene 在量子计算,量子信息处理和自旋电子学等领域得到应用。

Gross 博士指出,目前 IBM 的量子计算机只需要少数几个量子比特,每一个比特对应单独一个分子。如果能手动做出 100 个这样的分子,就会非常有价值。

参考资料:

[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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