洛桑联邦理工学院材料理论与模拟实验室(NCCR MARVEL 的一部分)的研究人员使用计算方法来识别可能最细的金属线，以及其他几种具有对许多应用可能有用的特性的一维材料。

单维(或 1-D)材料是纳米技术最吸引人的产品之一，由排列成线状或管状的原子构成。它们的电、磁和光学特性使其成为从微电子到生物传感器再到催化等应用的绝佳候选材料。

虽然碳纳米管是迄今为止最受关注的材料，但事实证明它们非常难以制造和控制，因此科学家们迫切希望找到其他化合物，用于制造具有同样有趣特性但更易于处理的纳米线和纳米管。

因此，Chiara Cignarella、Davide Campi 和 Nicola Marzari 考虑使用计算机模拟来解析已知的三维晶体，寻找那些基于其结构和电子特性看起来很容易“剥离”的晶体，本质上就是从它们身上剥离出稳定的一维结构。同样的方法在过去曾被成功用于研究二维材料，但这是首次应用于一维材料。

研究人员从文献中各种数据库中收集的 78 万多颗晶体开始，这些晶体由范德华力结合在一起，范德华力是一种弱相互作用，当原子距离足够近，电子可以重叠时就会发生这种相互作用。然后，他们应用了一种算法，该算法考虑了原子的空间组织，寻找包含线状结构的原子，并计算出将该一维结构与晶体的其余部分分离所需的能量。

“我们专门寻找金属线，这应该很难找到，因为一维金属原则上不够稳定，不足以允许剥离，”该论文的第一作者 Cignarella 说。

最后，他们列出了 800 种一维材料，并从中选出了 14 种最佳候选材料——这些化合物尚未合成为实际的导线，但模拟表明是可行的。然后他们开始更详细地计算这些材料的属性，以验证它们的稳定性以及它们应该具有什么样的电子行为。

四种材料(两种金属和两种半金属)脱颖而出，成为最有趣的材料。其中包括金属线 CuC 2 ，这是由两个碳原子和一个铜原子组成的直线链，是迄今为止发现的最细的在 0 K 下稳定的金属纳米线。

“这真的很有趣，因为你不会指望一条原子线在金属相中是稳定的，”Cignarella 说。科学家发现它可以从三种不同的母晶体中剥离，这些母晶体都是通过实验得知的(NaCuC 2、KCuC 2和 RbCuC 2)。从这些母晶体中提取它所需的能量很少，而且它的链可以弯曲，同时保持其金属特性，这将使它成为柔性电子产品的有趣材料。

这项研究发表在《ACS Nano》上，其中还发现了其他有趣的材料，包括半金属 Sb 2 Te 2，由于其特性，它可用于研究 50 年前预测但从未观察到的奇异物质状态，即激子绝缘体，这是量子现象在宏观尺度上可见的罕见情况之一。此外还有另一种半金属 Ag 2 Se 2和 TaSe 3 ，TaSe 3是一种众所周知的化合物，是唯一一种已在实验中被剥离成纳米线的化合物，科学家们将其用作基准。

至于未来，Cignarella 解释说，该团队希望与实验人员合作，实际合成这些材料，同时继续进行计算研究，以了解它们如何传输电荷以及它们在不同温度下的表现。这两件事对于了解它们在实际应用中的表现至关重要。

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