中国科学家创制新的碳纳米带实现高效电子输运
2026-10-29 14:08
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10月29日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心王兵、范其瑭团队及合作者完成一种新型金属性碳纳米带的实验制备与电子输运验证。该材料仅由五元环和七元环构成,碳骨架宽度约0.9纳米,单条纳米带的电导最高达到约0.9个电导量子。相关研究成果于10月28日在线发表于国际学术期刊《自然》,29日由中国科大对外发布。

研究团队采用分步表面合成方法,以含八元碳环的稳定分子为起始单体,首先在银表面将分子连接成链,再通过加热使八元环重排为成对五元环,形成聚并戊中间体。继续升温后,相邻分子链发生侧向融合,在链间生成七元环,最终制得五七环碳纳米带。高分辨显微成像确认了材料内部碳环的排列结构。
实验获得两种不同排列方式的纳米带,分别编号为CPHN1和CPHN2。两者均由五元环和七元环组成,但电子性质存在差异:CPHN1表现出金属性,CPHN2则为窄带隙半导体。研究团队通过准粒子干涉测量与理论计算确认,CPHN1的电子能带穿过费米能级,而CPHN2具有约0.22电子伏特的带隙。
电子输运测试中,研究人员使用扫描隧道显微镜针尖连接并提起单条纳米带的一端,在针尖与银表面之间建立纳米尺度的电流通路。在低温、10毫伏偏压条件下,CPHN1的电导在提拉长度增加至约4纳米时基本保持稳定,呈现近弹道电子输运特征。相比之下,CPHN2的电导低约两个数量级,低电压条件下电流受到明显抑制。
此次实验还结合了表面结构表征、同步辐射光电子能谱及理论计算。中国科学技术大学为论文第一完成单位和唯一通讯单位,南开大学研究人员参与前驱体分子合成。研究成果目前处于材料合成及单条纳米带输运性能验证阶段,论文将碳基电极和原子尺度互连列为潜在应用方向。
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