作者：圆的方块
修改：Yuki
最近，纳米范畴有个有意思的工作。
IBM的科学家发明出了环碳（cyclocarbon）分子。
这种分子是一种由18个碳原子组成的环，因而，这种分子又被命名为环[18]碳（cyclo[18]carbon）。
环[18]碳示意图，它好像一个超小的项圈 | IBM
怎样做一个环碳
环[18]碳，这姓名读起来像武侠小说中的剑客相同。
早在1966年，就有学者猜测过环碳的结构。随后，也有直接依据标明，在极点条件下（激光或许高温）能够存在一些气态的环碳[1]。可是，由于气态的环碳太不安稳，学者们并没有直接观察到，也无法深化研讨相关的性质。
近来，来自IBM和牛津大学的科学家，协作发明了由18个碳原子组成的环碳，相关研讨成果宣布在了《科学》杂志上。
为了让这18个碳原子手拉手、心连心，科学家们采用了超低温条件下的原子控制技能。
在制备中，他们首要组成了一种名为C24O6的碳-氧分子。物如其名，这种分子中包括24个碳原子和6个氧原子。氧原子的存在，提高了整个分子的安稳性。
接下来，他们将这个分子安顿在氯化钠的外表上。之所以挑选氯化钠，是由于盐类在低温下是化学慵懒的，不会和生动的碳-氧分子发作反响。
环碳组成办法，其间第三排为C24O6等系列分子的显微图画 | IBM
随后，科学家们结合扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜（AFM）等技能，来对这个分子进行加工。
具体来说，是运用一根极端尖利的金属探针，经过在探针顶级施加电流，将C24O6中氧原子逐一敲掉，一起，与氧相连的6个碳原子也会被移除。这样，就剩余相互衔接的18个碳原子，即环[18]碳。
环[18]碳分子的三维图画 | IBM
纳米界的扛把子——IBM
在发明环碳的过程中，最大的难点无疑是准确控制原子。这种听起来近乎梦想的技能，IBM却早已轻车熟路。
究竟，在纳米科研的江湖中，IBM是如“带头大哥”一般的存在。
控制原子所应用到的中心手法，名为“扫描隧道显微镜（STM）”。这项技能便是由IBM的两位学者格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔在1981年创始的。
STM的要害部件是一根十分细的金属探针，针尖与物体外表能够构成电流，经过记载电流的巨细与改变，从而能够勘探纳米级的微观描摹。
STM的超细探针 | ucla.edu
借由STM，人类好像打开了一只“天眼”，将纳米国际的纷乱尽收眼底。这项成果也荣获了1986年诺贝尔物理学奖。
不过，科学家们不止满足于“看看”，他们更想“动动”。
1990年，又是IBM，他们运用STM将35个氙原子排成了“IBM”三个字母。完成了人类历史上初次对原子的控制。
原子排列成IBM字母 | IBM
原子控制术除了能发明最新的科学发现，还能用来拍电影。2013年，IBM运用几十个原子，拍照了一部国际最小的电影。
这部名为《小男孩和他的原子》（A boy and his atom）的电影由242帧图片组成，内容叙述了一个（原子级）小男孩玩（原子）皮球的故事。
原子电影A boy and his atom海报 | phys.org
现在，环碳的制备，彻底得益于IBM在纳米范畴数十年的技能堆集。
环碳有什么用？
环碳有了，但它有什么含义呢？
首要，环[18]碳的呈现，回答了学者们长久以来的一个疑问——环碳中的原子是怎样衔接的？
曾经的理论猜测是：在环碳中，每个碳原子以双键的办法与周围的碳原子进行衔接。
但本次研讨发现：环碳原子衔接办法是单键和三键替换衔接（alternating triple and single bonds）。
环碳原子单键-三键替换衔接示意图 | Wikimedia Commons
依据以往经历，新办法的碳总会给人带来惊喜——富勒烯和石墨烯，都得到了诺贝尔奖。
但现在来看，环碳应该不可。由于它还没有带来严重的理论打破。现现在，咱们只知道环碳是一种半导体。此外，这种分子极端不安稳，制备办法又太难，其他研讨人员无法深化打开研讨。
科学家们自己也说，下一步的试验方案是“探究出能安稳，高效制备环碳的办法”[2]。
他们还有个方案，期望以环碳为组件，去做出一些更杂乱碳分子[2]。
现阶段，环碳关于广大群众的含义也不是很大。最大的影响，可能是下一年的中考高考及各类化学竟赛里可能会呈现这样一道题——
请问，环[18]碳中原子的衔接办法是_____？
作者手刺
排版：Yao
题图来历：IBM
参考文献：
[1] Kaiser, K., Scriven, L. M., Schulz, F., Gawel, P., Gross, L., & Anderson, H. L. (2019). An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo [18] carbon. Science, eaay1914.
[2] Making and Imaging Cyclocarbon, IBM research blog, 2019,https:///blogs/research/2019/08/making-imaging-cyclocarbon/
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