洛桑聯邦理工學院（EPFL）的的NCCR MARVEL 研究人員利用計算工具尋找可從已知三維晶體中剝離的新型一維材料，其中包括迄今為止發現的在0 K 溫度下穩定的最細金屬奈米線。

洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員利用計算方法研究了78萬多種晶體的結構特性，確定了潛在的單維奈米材料，包括可能是最細的金屬絲。他們的發現聚焦了14種在電子學和量子研究中具有潛在用途的材料。資料來源：NCCR MARVEL

研究人員利用計算工具尋找可以從已知三維晶體中剝離出來的新型一維材料。在一份包含78 萬多種晶體的初始清單中，他們得出了一份包含800 種一維材料的清單，並從中選出了14 種最佳候選材料–這些化合物尚未合成為真正的金屬絲，但模擬結果顯示是可行的。其中包括金屬絲CuC2，它是由兩個碳原子和一個銅原子組成的直線鏈，是迄今發現的在0 K 溫度下穩定的最細金屬奈米線。

洛桑聯邦理工學院材料理論與模擬實驗室的研究人員利用計算方法確定了可能是最細的金屬絲，以及其他幾種單維材料，這些材料的特性可能會被證明對許多應用領域很有意義。

單維（或一維）材料是奈米技術最引人入勝的產品之一，由原子排列成線或管狀組成。它們的電學、磁學和光學特性使其成為從微電子學到生物感測器再到催化等各種應用的絕佳候選材料。雖然碳奈米管是迄今為止最受關注的材料，但事實證明它們非常難以製造和控制，因此科學家們迫切希望找到其他化合物，用於製造具有同樣有趣特性但更容易處理的奈米線和奈米管。

因此，Chiara Cignarella、Davide Campi和Nicola Marzari想到利用電腦模擬來解析已知的三維晶體，根據它們的結構和電子特性，尋找那些看起來很容易”剝離”的晶體，從本質上剝離出穩定的一維結構。同樣的方法過去曾成功用於研究二維材料，但這是首次應用於一維材料。

研究人員從文獻中的各種資料庫中收集了超過78 萬個晶體，這些晶體透過范德華力（原子距離足夠近，電子重疊時產生的一種微弱相互作用）結合在一起。然後，他們採用一種演算法，考慮原子的空間組織，尋找具有線狀結構的原子，並計算出需要多少能量才能將這種一維結構從晶體的其他部分分離出來。

論文第一作者Cignarella 說：「我們一直在尋找金屬絲，但這種金屬絲應該很難找到，因為一維金屬原則上應該不夠穩定，無法進行剝離」。

最終，他們得出了一份包含800 種一維材料的清單，並從中選出了14 種最佳候選材料——這些化合物尚未合成為真正的導線，但模擬結果表明是可行的。然後，他們開始更詳細地計算這些材料的特性，以驗證它們的穩定性如何，以及人們對它們的電子行為有何期待。

四種材質–兩種金屬和兩種半金屬–成為最有趣的材質。其中金屬絲CuC2 是由兩個碳原子和一個銅原子組成的直線鍊是迄今發現的在0 K 溫度下穩定的最細金屬奈米線。 Cignarella說：「這真的很有趣，因為你不會想到由單線原子組成的實際金屬絲會在金屬相中保持穩定。科學家發現，它可以從三種不同的母晶體中剝離出來，這些晶體都是實驗中已知的（NaCuC2、KCuC2和RbCuC2）。興趣。

這項發表在《ACS Nano》上的研究也發現了其他有趣的資料，其中包括半金屬Sb2Te2，由於其特性，可以研究一種50 年前就被預測但從未被觀測到的奇異物質狀態，即激子絕緣體，這是量子現像在宏觀尺度上變得可見的罕見情況之一。此外，還有另一種半金屬Ag2Se2 和TaSe3，後者是一種著名的化合物，也是唯一一種已經在實驗中剝離成奈米線的化合物，科學家將其作為基準。

至於未來，Cignarella 解釋說，研究小組希望與實驗人員合作，實際合成這些材料，同時繼續進行計算研究，了解它們如何傳輸電荷以及在不同溫度下的表現。這兩點對於了解它們在實際應用中的表現至關重要。

編譯來源：ScitechDaily