逆天了！科学家们造出了久违的三角形分子
2 月 14 日，《自然》子刊《Nature Nanotechnology》上刊登了一则让人不可思议的报道——来自 IBM 的科学家们造出了一款三角形分子，一偿化学家们近 70 年的夙愿。
早在 1950 年，捷克有机化学家 Erich Clar 教授就预言了三角形化合物“triangulene”的存在。在他的设想中，这种分子由 6 个苯环融合而成。然而包括 Clar 教授在内，后续的合成尝试均以失败告终。科学家们发现，这个结构中的两个碳原子会带有未配对的电子，这些电子会急于和周围的物质发生反应，破坏三角形的结构。因此，这个三角形分子一直被视作化学合成中的难点。
“你一合成它，它就会氧化。”本项研究的第一作者，IBM 团队的 Niko Pavliček 博士说道。
▲Triangulene 是合成的难点（图片来源：《Nature Nanotechnology》）
既然从头合成上有困难，我们为什么不反其道而行之呢？想到这一点的 Pavliček 博士与本项研究的主要负责人 Leo Gross 博士一道，做了一种全新的尝试。首先，他们拜托化学家们合成了前体化合物“dihydrotriangulene”。与 triangulene 相比，这个化合物带有额外的两个氢原子，能与 triangulene 上的两个未配对电子结合，形成稳定结构。
然而，研究人员们将这个分子放在了一种特殊的显微镜下。这种显微镜有根为这个实验量身打造的针头，兼具“扫描隧道显微镜”与“原子力显微镜”探针的特点。利用这根针头，研究人员“抠”掉了两个多余的氢原子，让 triangulene 的结果得以呈现。
▲本项研究的通讯作者 Leo Gross 博士（左）与第一作者 Niko Pavliček 博士（右）（图片来源：《自然》）
有趣的是，通过这种方法得到的 triangulene 要稳定得多。至少，研究人员有足够的时间为它照上一张相。
“据我所知，这是人类第一次合成未取代的 triangulene。”大阪市立大学（Osaka City University）的工位武治教授评论说。
除了验证 Clar 教授的预言外，这项发现还有着实际应用价值。正如研究人员所料，triangulene 两个未配对电子的自旋相互匹配（aligned spins）。这一量子力学的特性有望让 triangulene 在量子计算，量子信息处理和自旋电子学等领域得到应用。
Gross 博士指出，目前 IBM 的量子计算机只需要少数几个量子比特，每一个比特对应单独一个分子。如果能手动做出 100 个这样的分子，就会非常有价值。
参考资料：
[1] Elusive triangulene created by moving atoms one at a time
[2] Scientists synthesize long-sought triangle-shaped molecule
[3] Synthesis and characterization of triangulene
来源:药明康德