中国科大实现首个具黎曼曲面的弯曲碳纳米螺线管材料

突起碳螺线或管只在理论预期里面出有现，古文献里面曾经报道该类物料的精确多肽与性质探寻；里面国科学技术大学戈平武教授课题组意味着了首个有着黎曼球面的突起碳单晶螺线或管物料，该工作补上了分子可基突起碳螺旋物料信息技术的纸面。这项研究课题成果昨日在国际季刊《Nature Communications》以“Synthesis of a magnetic π-extended carbon nanosolenoid with Riemann surfaces”为题刊出有（Nat. Commun.2022, 13, 1239）。

分子可基碳物料，因其独特的黎曼形状所导致的丰富的物理化学性质(包括耐火材料、导电性、吸收和发光性质等)，而受到国际上的关注。一个水分子石墨烯六边形一个中心着垂直于基面的线或连续螺旋，这可以被指出是密切关系遵循的黎曼面(即log z型)。作为著名的高等数学并不一定，黎曼球面（上图1a）的提出有是为了预期多值分析函数的单值域。在每个全局点看来，它们就像一片复六边形，但其整体的李群但会偏离六边形，使其看起来像球或的环，甚至是李群更加有用动人的螺旋。黎曼球面不仅在现代高等数学的工业发展里面发挥着至关重要的作用，而且还为多功能突起碳物料的外观设计和多肽备有新的哲学思想。理论预期表明当消除电压时，有着类似于黎曼球面的碳螺线或管可作为量子力学液晶，产生更大的磁场和电感。然而，意味着这种有着大共轭相接的螺旋李群形貌是一项重大挑战。

上图1. a)理论预期的碳单晶螺线或管示例；b)多肽出有的三维π相接撕裂碳单晶螺线或管（CNS）物料。

昨日，研究课题团队利用精确的自下而上的多肽方法，通过合理外观设计、多肽适宜的分子可前体以意味着目标分子可的螺旋撕裂，成功构建了首个有着黎曼球面的大共轭无金属和碳单晶螺线或管（carbon nanosolenoid，简写为CNS，上图1b）物料。结合多尺度实验举例来说手段及理论分析，对碳单晶螺线或管的结构特征和性质开展了系统研究课题。利用固态气相波谱、傅里叶线性变换红外光（上图2a）、XPS、拉曼等证实了该物料有着大共轭的π相接结构。极低剂量高判断集成差分载波对比显影透射电子显扰镜（iDPC-STEM，上图2c-e）高分辨率呈现了其螺距为~0.4 nm且宽度为~2.7 nm的核酸螺旋的分子可结构。通过紫外可见吸收、红光和时间判断光致发光光谱证实了其有着丰富的紫外光吸收功用。值得注意的是，CNS有着1.97 eV的极低光学带隙和抗拒的紫色光致发光。通过EPR、SQUID和理论推算研究课题了CNS的基态电子结构和磁犯罪行为,磁验证得出结论，室温CNS含有大量羰基单电子，说明了出有抗拒的EPR磁频率，在极低温下有着磁化率叛离和有用的磁并行犯罪行为（上图2f-g）。

上图2. a)红外光光谱；b-e) iDPC-STEM电镜举例来说；e) EPR磁表现出有抗拒的单电子羰基频率；f-g) SQUID验证表明在极低温下有着磁化率叛离和有用的磁并行犯罪行为。

该工作扩充了sp2碳同素异形体物料的范畴，这种结构精确的π相接碳螺线或管物料，为研究课题人员对其物理性质透过有系统探寻备有了可能，并为开发多种螺旋碳物料在电子物料、量子力学物料、和自旋应用信息技术备有了实验基础。里面国科学技术大学化学与物料科学学院物料科学与土木工程系博士生王进义和浙江工业大学朱艺涵教授、庄桂林教授为发表文章的携手第一创作者。戈平武教授为论文的单通讯创作者。该项研究课题给与了国家自然科学基金项目（21971229, U1932214）、科技部重大研究课题计划（2017YFA0402800）、能源物料化学前沿试探性创新里面心、和合肥扰尺度颗粒科学国家科研机构的捐款。

来源：复旦

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