لأول مرة، تمكن علماء صينيون من تجاوز طول تصنيع "الأسلاك المعدنية" ذات القطر الذري الواحد إلى مستوى الميكرومتر. وبالمقارنة النسبية بين القطر والطول، فإن هذا يعادل سلكًا نحاسيًا منزليًا بطول 4 أمتار.

طبق فريق لي كو في مركز بكين لأبحاث العلوم عالية الضغط استراتيجية جديدة مبتكرة للبلمرة الطوبولوجية في الحالة الصلبة تحت الضغط العالي، ونجح لأول مرة عالميًا في تصنيع سلاسل معدنية أحادية الذرة مغلفة بالكربون بطول ميكرومتري وسماكة ذرية وبنية مستقرة. نُشر هذا الإنجاز في 21 أغسطس في المجلة الأكاديمية الدولية "ساينس" (Science).

تُظهر الصورة رسمًا تخطيطيًا لعملية تصنيع السلاسل المعدنية أحادية الذرة المغلفة بالكربون بطول ميكرومتري. (إعداد فريق البحث) يمكن فهم السلسلة المعدنية أحادية الذرة على أنها "أرفع سلك معدني أحادي البعد" في العالم، حيث يبلغ قطرها ذرة واحدة فقط، وهي موضوع بحث مثالي للعلماء لاستكشاف القوانين الفيزيائية منخفضة الأبعاد في العالم المجهري. "لكن تطوير هذا النوع من المواد ظل يعاني لفترة طويلة من قصور: فبعض طرق التحضير لا يمكن تحقيقها إلا في ظروف فراغ فائق الارتفاع، وتتلف بسهولة بمجرد الخروج من هذه البيئة؛ وهناك طرق أخرى يمكنها الحصول على عينات مستقرة وقابلة للتحضير بكميات كبيرة، لكن طول السلسلة الذرية محدود. من الصعب الجمع بين طول السلسلة والاستقرار والتحضير بالجملة في آن واحد، مما يحد من إمكانات البحوث الأساسية والتطبيقات ذات الصلة." قال لي كو.

أكبر اختراق في هذا الإنجاز هو دفع حد تصنيع السلاسل المعدنية أحادية الذرة إلى مستوى الميكرومتر. بفضل مكبس باريس-إدنبرة، قام الفريق بتحضير بلورات مفردة كبيرة الحجم من سلاسل النحاس أحادية الذرة المغلفة بالكربون، وتجاوز طول السلسلة الذرية بعد تقشيرها منفردة 1 ميكرومتر، ويمكنها ربط أكثر من 4000 ذرة نحاس بشكل متسلسل ومستمر، وهو ما يمثل تحسنًا بأكثر من مرتبتين من حيث الحجم مقارنة بطول العينات المحضرة دوليًا في الماضي. كما يمكن تعميم طريقة التحضير هذه على معادن متعددة مثل الكوبالت والنيكل والزنك.

من أجل تثبيت هذا "السلك المعدني" فائق الدقة على المستوى الذري، اقترح فريق البحث فكرة جديدة. "تمامًا مثل وضع 'غلاف واقٍ' صلب على خيط رفيع هش، اخترنا بلورات فثالوسيانين النحاس (β-CuPc) كمادة خام، وبمساعدة الضغط العالي نقوم بضغط المسافات بين الجزيئات بدقة، وعند الوصول إلى الظروف الحرجة، تترابط الحلقات الجزيئية الطرفية للمادة الخام وتتبلمر، لتشكل 'غمدًا واقيًا' كربونيًا كثيفًا ومتينًا، يغلف ويثبت بإحكام صفًا من ذرات النحاس المرتبة بداخله." شرح لي كو.

أُنجز هذا البحث بالتعاون بين مركز بكين لأبحاث العلوم عالية الضغط وجامعة نانكاي وجامعة بكين ووحدات أخرى. "من المتوقع أن توفر الأسلاك المعدنية فائقة الدقة على المستوى الذري خيارات مواد جديدة تمامًا للدوائر النانوية من الجيل القادم والأجهزة الإلكترونية المرنة القابلة للارتداء، مما يفتح مسارًا جديدًا لتطوير المواد الوظيفية منخفضة الأبعاد الجديدة في الصين." قال ماو هيه غوانغ، العالم البارز في أبحاث الضغط العالي وأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم.