重大突破！科学家首次合成纯碳环形分子 登上自然杂志封面

今天，《自然》(Nature)杂志今天刊登了一项重大科学突破：牛津大学的化学家和 IBM 的团队一起，首次制造出了由 18 个碳原子组成的环形纯碳分子，而这在过去“几乎难以成功”，曾有无数团队尝试后放弃了。

化学家们从一个由碳和氧组成的三角形分子开始，他们用电流操纵这个分子来制造碳-18环。对这种被称为环碳的分子性质的初步研究表明，它具有半导体的功能，可以使类似的直链碳链用作分子级电子元件。

日本大阪大学的化学家Yoshito Tobe说“这是一项“绝对令人惊叹的工作”，开辟了一个新的研究领域。许多科学家，包括我自己，都试图捕获环碳氢化合物(cyclocarbons)并确定它们的分子结构，但是徒劳无功，”

纯碳有几种不同的形式，包括钻石、石墨和“纳米管”。元素的原子可以与自身形成各种构型的化学键：例如，每个原子可以与四个相邻的原子以金字塔形状结合，就像钻石一样;或者与三个碳原子相邻，比如构成单原子厚度石墨烯薄片的六角形图案。

而碳原子排列方式的不同则会使得物质之间产生天壤之别。金刚石和石墨都是完全由碳组成的，然而，由于这两种材料中碳原子的空间排列是不同的，这也使它们成为碳的同素异形体。金刚石和石墨在性质上的巨大差异也是源于他们不同的晶体结构。

但是碳分子也可以由相邻的两个原子组成，这样就形成一个环装结构。以前已有不同的团队尝试过这种合成环。

不过，英国牛津大学的化学家Przemyslaw Gawel说，由于这种结构比石墨烯或金刚石具有更强的化学反应性，它的稳定性较差，尤其是在弯曲时。合成稳定的链和环通常需要包含碳以外的元素。一些实验已经暗示在气体云中会产生全碳环，但他们还没有找到确凿的证据。

而Gawel和他的合作者们则提出了一种新的方法，目前，在一定的前提条件下(基材表面保持冷却，大约零下 450 华氏度)，新的碳分子可以保持稳定，纯碳环便产生了。

（图片来源：《Nature》杂志）

这可能对芯片行业有重大影响。

由于现在比拇指还小的芯片上就能容纳上亿个晶体管，但集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍。因此当晶体管越做越小时，摩尔定律也开始受到挑战，会遇到各种各样的问题，如制造工艺、功耗，甚至包含漏电。

芯片行业目前遇到的瓶颈，已经触及材料的物理极限，要突破瓶颈很可能需要借助新材料的发展。如果能制造出分子级的晶体管，电子行业进入分子电子学时代，摩尔定律将再次显现威力。