Z modrého pigmentu vznikly rekordně dlouhé jednoatomové měděné dráty: Průlom pro miniaturní elektroniku

Vědci dosáhli významného průlomu v materiálové vědě, když vytvořili jedny z nejdelších jednoatomových měděných řetězců v historii. Tyto řetězce, které by mohly sloužit jako molekulární dráty, byly syntetizovány z ftalocyaninu mědi, sloučeniny běžně používané jako modrý pigment.

Vědci dosáhli významného průlomu v materiálové vědě, když vytvořili jedny z nejdelších jednoatomových měděných řetězců v historii. Tyto řetězce, které by mohly sloužit jako molekulární dráty, byly syntetizovány z ftalocyaninu mědi, sloučeniny běžně používané jako modrý pigment. Tato inovace posouvá hranice pro zmenšování elektronických součástek, jelikož tradiční čipy na bázi křemíku se blíží svým základním fyzikálním limitům.

Výzkumný tým vystavil krystaly ftalocyaninu mědi extrémnímu tlaku, přesahujícímu 21 gigapascalů – což je přibližně 200 000krát více než normální atmosférický tlak. Tento proces přeměnil krystaly pigmentu na měděné atomové řetězce dlouhé mikrometry, z nichž každý byl obalen ochranným uhlíkovým pláštěm. S více než 4 000 atomy mědi navlečenými do jednoho řetězce je tato struktura o dva až tři řády delší než jakýkoli dříve vytvořený jednoatomový řetězec, čímž překonala předchozí rekord pouhých 28 atomů.

Vzniklé obalené jednoatomové kovové řetězce (sSMACs) vykazují jedinečnou trojitou jádrovou strukturu, připomínající miniaturní napájecí kabel. Skládají se z jádra tvořeného jednotlivými atomy mědi, obklopeného vodivým prstencovým rámem z atomů uhlíku a dusíku a vnějšího ochranného uhlíkového pláště. Tyto nanodráty prokázaly silnou anizotropii, což znamená, že elektřina snadno proudí podél drátu, ale obtížně se šíří do stran. Počítačové modely naznačují, že v dokonalém drátu bez defektů by tento elektrický tok mohl být podél řetězce 1 000krát rychlejší. Magnetická měření také odhalila antiferomagnetické interakce mezi sousedními atomy mědi.

Překvapivým zjištěním bylo, že samotné atomy mědi nebyly primárními vodiči elektřiny kvůli jejich extrémně slabým vazbám kov-kov. Místo toho elektrický proud procházel přes překrývající se atomy uhlíku a dusíku v okolním ochranném prstencovém rámci. Tyto jednorozměrné SMACy získávají pozornost díky svým neobvyklým elektronickým, magnetickým a katalytickým vlastnostem a nabízejí vědcům nový způsob studia chování hmoty v nejmenších měřítkách.

Zatímco metoda vysokotlaké reakce v pevném stavu úspěšně překonává předchozí omezení syntézy na bázi kapalin (která obvykle vedla k řetězcům kratším než 10 atomů), potřeba extrémních tlaků představuje překážku pro průmyslovou výrobu. Přesto jsou vědci optimističtí, že tato práce otevře nové cesty pro zkoumání základní fyziky jednorozměrných systémů a připraví půdu pro budoucí pokroky v ultratenkých kovových drátech. Zjištění byla publikována v časopise Science.