大突破! 科學家首次做出穩定純「碳環」 可能對電子產品產生巨大影響

碳可以被排列成多種組合,當它的每個原子與三個碳原子鍵合時,它會變成柔軟的石墨,再添加一鍵,它就成為最硬的礦物之一,鑽石。 如果將60個碳原子形成一個足球形狀,它就會變成巴克球(buckyball)。但是,如果要將每個原子只跟其他兩個原子結合在一起形成一個碳原子環呢? 這是50年來科學家無法做到的事情,他們最佳的嘗試導致氣態碳環迅速消散。不過,牛津大學和IBM研究院的一組研究人員成功創造出了一個穩定的碳環,這是一項令人震驚的大突破。

這環形碳化合物被稱為環碳(cyclocarbon),由18個碳原子組成,這是在熱力學上最小的穩定環碳。研究人員將一個與6個氧原子連接的24個碳原子分子放在銅表面上的鈉中,保持在比絕對零度高一點點的溫度裡。 這導致它一個接一個地排出一氧化碳原子,直到只剩下18個碳原子,每個碳原子都相互連接並共享電子殼層。這一切都被電子顯微鏡拍了下來,這表示研究人員實際上看到它的發生。

研究顯示,環碳化合物結構可以作為半導體,這表示它可以被用在電子器上,環碳的高反應性表示它們可以用來製造其他碳的同素異形體(Allotropes)和碳材料。

IBM研究院的Katharina Kaiser和該論文的共同作者表示,「某天,我們也許可以在能控制的情況下觸發這種反應,並隨意創建更複雜的分子結構。」

這表示,雖然碳氫化合物的壽命很短暫,但它可能成為更複雜結構的基石。 化學家們可以在分子水準上建立新的碳鏈,像是奈米管和石墨烯,它們都具有驚人的電子應用。

研究人員可以使用碳環來製造擁有未知特性的化合物。其他原子等級的碳,如石墨烯,已表現出優異的導電性。現在要判斷它是否能以相當高的速度傳導電子還太早,但IBM研究人員和該論文的共同作者Leo Gross表示,最初的測試很樂觀,未來用18碳製成的設備也可以非常節能。

環碳能被應用的一個領域是實體神經網絡,它能幫助人工智慧「大腦」做出複雜的決策。 今天大多數的「神經網絡」都是依賴於一系列的算法,但研究人員認為可以利用它來模擬神經元。

神經網絡,無論是實體的還是虛擬的,都依賴於連接在一起的重疊行程。 為了解決同樣的問題,他們需要能夠根據其他相互連接的行程快速得出結論,就像我們一天裡的行為都是一系列簡單決策的複雜集合。

用環碳製造出的微型電子設備可以在原子水準上實際連接在一起,變成微小的碳神經元,創造出真正的人造大腦。

不過這可能有點太猴急了,畢竟,他們才剛第一次將它隔離出來,現在他們可以開始測試它真正能做些什麼。

該研究發表在科學期刊上。

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