2009年春，烏克蘭科學家報導他們已能從Graphene中拉出由十幾個碳原子組成的單原子碳鏈，從而初步證實了存在穩定的二維晶體。一些實驗工作表明，通過雷射燒蝕等途徑可以在斷裂的碳納米管中得到納米長度的單原子碳鏈，並且觀測到了相應的量子效應。
基本介紹
- 中文名：單原子碳鏈（單原子層石墨晶體）
- 外文名：graphene
- 定義：不確定的穩定的二維晶體
- 分類：物理
預言,實驗,進展,
預言
70年前，列夫·朗道從理論上預言不存在穩定的二維晶體。然而，最近科學家已製備出石墨烯，不僅向朗道理論提出了挑戰，而且已觀測到包括無質量載流子效應在內的一系列相對論量子現象。2007年，理論預測表明可以從石墨烯中象拆毛衣一樣拉出由成千個碳原子組成的單原子碳鏈，表明存在穩定的一維晶體，向朗道理論提出了更嚴峻的挑戰。2009年春，烏克蘭科學家報導他們已能從石墨烯中拉出由十幾個碳原子組成的單原子碳鏈，初步證實了我們理論預言的可靠性。
實驗
一些工作已經表明一百多個碳原子組成的單原子鏈是可以存在的。21世紀以來的一些實驗工作表明，通過雷射燒蝕等途徑可以在斷裂的碳納米管中得到納米長度的單原子碳鏈，並且觀測到了相應的量子效應。已經基於三種水平上的分子動力學模擬證明，在一定條件下可以從graphene等碳材料中拉伸出具有巨觀長度的一維單原子碳鏈。基於這些理論和實驗基礎，對單原子碳鏈與光的相互作用進行研究。從理論模擬上探索單原子鏈的與光的相互作用的物理現象和規律，結合至2015年對分子電路的研究，探討單原子碳鏈作為分子電路導線時的可控光致電流等現象，以及摻雜單原子碳鏈的電學性能，預測摻雜單原子碳鏈和摻雜graphene在分子電路和光計算機上的套用前景。
雷射與地維材料（如一維單原子鏈和二維晶體）的相互作用是一個全新的研究領域，涉及一系列重要的基礎物理問題和廣泛的套用背景。如下圖所示，一根低溫環境下的單原子碳鏈的電子態，是覆蓋全部鏈長的離域（全局）量子態。
最近的理論分析表明，如果選定波長的單色雷射在局域於碳原子鏈作用能夠誘發基態於任意特定激發態的躍遷，則必然破壞相對論因果關係。進一步理論計算顯示，全局量子態的局域激發，在初始階段必然導致多光子誘導的多能態激發，隨後才能建立只包括兩能態的量子躍遷。
此外，從理論上設計了一種基於單原子碳鏈的可調諧紅外雷射器，其波長覆蓋了當今紅外雷射器的調諧空白區域。
最近幾年，石墨烯吸引了全世界廣大科研工作者的興趣，它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯開創了二維納米片層材料的新領域，而本次Benhart課題組，在石墨烯的基礎上，利用原位STM（scanning tunneling microscopy）及TEM（transmission electron microscopy）技術，獲得了的單原子碳鏈結構，並實現其電導特性的測試。單原子碳鏈的電導性能（實驗）與其理論未受到應力作用的碳鏈模擬值相比低很多，隨後的first-principles density functional theory (DFT)及many-body perturbation theory (MBPT)計算也提供了相應依據，為最小一維導電材料的研究提供了新的方向。
進展
目前的一些工作已經表明一百多個碳原子組成的單原子鏈是可以存在的。近年來的一些實驗工作表明，通過雷射燒蝕等途徑可以在斷裂的碳納米管中得到納米長度的單原子碳鏈，並且觀測到了相應的量子效應。在一定條件下可以從石墨烯等碳材料中拉伸出具有巨觀長度的一維單原子碳鏈。還有人對單原子碳鏈與光的相互作用進行研究，從理論模擬上探索單原子鏈的與光的相互作用的物理現象和規律，探討單原子碳鏈作為分子電路導線時的可控光致電流等現象，以及摻雜單原子碳鏈的電學性能，預測摻雜單原子碳鏈和摻雜石墨烯在分子電路和光計算機上的套用前景。
雷射與低維材料（如一維單原子鏈和二維晶體）的相互作用是一個全新的研究領域，涉及一系列重要的基礎物理問題和廣泛的套用背景。一根低溫環境下的單原子碳鏈的電子態，是覆蓋全部鏈長的離域（全局）量子態。理論分析表明，如果選定波長的單色雷射在局域於碳原子鏈作用能夠誘發基態於任意特定激發態的躍遷，則必然破壞相對論因果關係。進一步理論計算顯示，全局量子態的局域激發，在初始階段必然導致多光子誘導的多能態激發，隨後才能建立只包括兩能態的量子躍遷。此外，相關研究表明單原子碳鏈可作為可調諧紅外雷射器介質，其波長覆蓋了當今紅外雷射器的調諧空白區域，且容易實現介質激發。
