天文学家解释了富勒烯的太空新源头

天文学家解释了富勒烯的太空新源头富勒烯于1985年被发现并获得诺贝尔奖，它是一种稳定的碳分子，由于其在太空中的存在和运输复杂分子的潜力，可能有助于了解宇宙的有机物质组织。上图描述了行星状星云M57的中心，由天文摄影师罗伯特-根德勒博士和约翰-波兹曼拍摄。图片来源：NASA/ESA这些分子是1985年在实验室中发现的，11年后，他们的三位发现者获得了诺贝尔化学奖。从那时起，许多观测证据都证明了它们在太空中的存在，特别是在像太阳一样大小的老恒星周围的气体云中，这些气体云被称为行星状星云，是恒星生命末期从外层排出的。由于这些分子高度稳定且难以破坏，人们认为富勒烯可以充当其他分子和原子的笼子，因此它们可能将复杂的分子带到地球，为生命的诞生提供了动力。因此，对它们的研究对于了解宇宙中有机物质组织的基本物理过程非常重要。光谱学对于搜索和识别太空中的富勒烯至关重要。通过分析原子和分子在光线中留下的化学足迹，光谱学使我们能够研究构成宇宙的物质。这些光谱显示了表明富勒烯存在的光谱线，但同时也显示了更宽的红外波段（UIR，英文缩写），这些波段在宇宙中被广泛探测到，从太阳系中的小天体到遥远的星系。领导这项研究的IAC研究员马尔科-戈麦斯-穆尼奥斯（MarcoA.GómezMuñoz）解释说："导致这种广泛存在于宇宙中的红外辐射的化学物质的鉴定是一个天体化学之谜，尽管人们一直认为它很可能富含生命的基本元素之一--碳。"为了识别这些神秘的波段，研究小组重现了行星状星云Tc1的红外辐射。对发射波段的分析表明，其中存在无定形氢化碳（HAC）颗粒。这些处于高度无序状态的碳和氢的化合物在垂死恒星的包层中非常丰富，可以解释这个星云的红外辐射。"我们首次将从实验室实验中获得的HAC光学常数与光离子化模型结合起来，从而再现了富勒烯含量非常丰富的行星状星云Tc1的红外辐射"，论文共同作者之一、IAC研究员DomingoAnibalGarcíaHernández解释说。对于研究小组来说，HAC和富勒烯同一物体的出现支持了这样一种理论，即富勒烯可能是在尘粒被破坏的过程中形成的，例如与紫外线辐射的相互作用，而紫外线辐射的能量要比可见光高得多。有了这项成果，科学家们为未来基于实验室化学和天体物理学合作的研究开辟了道路。戈麦斯-穆尼奥斯总结说："我们的工作清楚地表明，跨学科科学和技术在推动天体物理学和天体化学的基本进步方面具有巨大潜力。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429259.htm

一种由富勒烯单分子制成的开关可让执行速度提高100万倍

一种由富勒烯单分子制成的开关可让执行速度提高100万倍富勒烯分子实现的开关过程可以比微芯片中使用的开关快得多，速度提高了三到六个数量级，这取决于利用的激光脉冲。富勒烯开关在网络中的使用可能会加速计算机行业的发展，其能力已超过目前电子晶体管所能达到的水平。此外，它们有可能通过提供前所未有的分辨率水平来彻底改变微观成像设备。70多年前，物理学家发现，分子在电场存在的情况下会发射电子，后来又发现了某些波长的光。电子发射产生的图案吸引了人们的好奇心，但却无法解释。但是，由于一项新的理论分析，这种情况已经改变，其影响不仅可以带来新的高科技应用，而且可以提高我们仔细研究物理世界本身的能力。关于富勒烯开关如何像火车轨道开关点一样工作的一个简单比喻。光脉冲可以改变进入的电子的路径，这里用火车表示。项目研究员HirofumiYanagisawa和他的团队从理论上分析了富勒烯受激分子的电子发射在暴露于特定种类的激光时应如何表现，并且在测试他们的预测时，发现他们是正确的。Yanagisawa说："我们在这里设法做的是使用非常短的红色激光脉冲来控制分子引导入射电子的路径的方式。根据光的脉冲，电子可以保持其默认的路线，或者以一种可预测的方式重新定向。因此，它有点像火车轨道上的开关点，或电子晶体管，只是速度快得多。我们认为我们可以实现比经典晶体管快100万倍的开关速度。而这可能会转化为现实世界中的计算性能。但同样重要的是，如果我们能够调整激光来诱骗富勒烯分子同时以多种方式开关，这可能就像在一个分子中拥有多个微观晶体管。这可以增加系统的复杂性，而不增加其物理尺寸"。作为开关基础的富勒烯分子与也许更为著名的碳纳米管有关，尽管富勒烯不是一个管子，而是一个碳原子球。当放在一个金属点上时--基本上是一个针的末端--富勒烯以某种方式定向，因此它们将可预测地引导电子。飞秒（四亿分之一秒）或甚至阿托秒（五亿分之一秒）规模的快速激光脉冲被集中在富勒烯分子上，以触发电子的发射。这是第一次用激光以这种方式来控制分子的电子发射。"这项技术类似于光电子发射显微镜产生图像的方式，"Yanagisawa说。"然而，那些人最多只能达到10纳米左右的分辨率，或百亿分之一米。我们的富勒烯开关增强了这一点，并允许实现大约300皮米的分辨率，或百亿分之三米。"原则上，由于多个超快电子开关可以结合到一个分子中，只需要一个富勒烯开关的小网络就可以执行可能比传统微芯片快得多的计算任务。但是有几个障碍需要克服，例如如何使激光组件小型化，这对创造这种新型的集成电路至关重要。因此，我们看到基于富勒烯开关的智能手机可能仍然需要很多年。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349135.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349135.htm

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜一个国际研究小组利用PSI的瑞士SLS同步辐射光源，成功地观察并了解了宇宙中富勒烯的形成。“我们是星尘，我们是金色的。我们是十亿年前的碳。”在他们在伍德斯托克表演的歌曲中，美国乐队Crosby、Stills、Nash&Young总结了人类的本质组成：星尘。任何对天文学稍有了解的人都可以证实这支美国乐队的话——行星和我们人类实际上都是由燃烧殆尽的超新星产生的尘埃和数十亿年前的碳化合物组成的。宇宙是一个巨大的反应堆，了解这些反应意味着了解宇宙的起源和发展——以及人类从何而来。过去，富勒烯及其衍生物在宇宙中的形成一直是个谜。这些碳分子呈足球、碗或小管的形状，于80年代首次在实验室中被创造出来。2010年，红外太空望远镜斯皮策在行星状星云Tc1中发现了具有足球特征形状的C60分子，称为巴基球。因此，它们是迄今为止已知存在于更远宇宙中的最大分子我们的太阳系。但它们实际上是如何形成的呢？来自火奴鲁鲁、迈阿密和天津的一组研究人员现已完成分子形成的重要反应步骤，并得到PSI和同步加速器真空紫外(VUV)光束线的积极支持光源瑞士SLS。“PSI提供独特的实验设施，这就是我们决定与PSI的PatrickHemberger合作的原因，”来自夏威夷大学檀香山分校的RalfKaiser说，他是该领域的国际领先研究人员。在PSI从事VUV光束线研究的科学家PatrickHemberger建造了一个微型反应器，用于实时观察富勒烯的形成。在1000摄氏度的温度下，在反应器中产生了环烯自由基(C20H9)。这个分子看起来像一个沙拉碗，好像是从C60巴基球上切下来的。这个自由基是高度反应性的。它与乙烯基乙炔(C4H4)发生反应，在碗的边缘沉积一层碳。“通过多次重复这个过程，分子会长成纳米管的端盖。我们已经设法在计算机模拟中证明了这种现象，”佛罗里达国际大学化学教授、该研究的作者之一亚历山大·梅贝尔解释说。但这并不是研究人员的唯一目标：“我们想证明这种反应在物理上是可能的，”RalfKaiser补充道。该反应产生不同的异构体——质量相同但结构略有不同的分子。使用标准质谱法，所有这些变体都会产生相同的信号。但是当使用团队采用的光电子光离子符合光谱法时，结果是不同的。“通过这种技术，测量曲线的结构可以得出关于每个异构体的结论，”PatrickHemberger解释说。RalfKaiser说：“宇宙包含着分子和化学反应的狂野丛林——并不是所有的分子和化学反应都可以在望远镜的信号中被清楚地分类。我们已经从模型中知道宇宙中同时存在环烯和乙烯乙炔。现在可以确认这些分子实际上构成了富勒烯的组成部分。这就是为什么PSI的实验对我们如此有价值。”但在NatureCommunications上的成功发表并不是故事的结局。研究人员希望进行更多实验，以了解经典的巴基球以及具有60个碳原子的足球形富勒烯分子和具有更多原子的微小纳米管是如何在宇宙中形成的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365199.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365199.htm

令人惊讶的发现：铂表面的石墨烯似乎违背了库仑定律

令人惊讶的发现：铂表面的石墨烯似乎违背了库仑定律原子力显微镜下尖端和莫伊雷超级结构之间的摩擦力取决于尖端在表面移动的速度。资料来源：巴塞尔大学物理系和Scixel公司石墨烯由单层碳原子像蜂窝一样排列组成，是一个最好的例子，正在研究其作为润滑层的潜力。早期的研究表明，石墨烯带可以在黄金表面上几乎无摩擦地滑行。如果将石墨烯应用于铂金表面，它对可测量的摩擦力有很大影响。现在，来自巴塞尔大学和特拉维夫大学的物理学家在《纳米通讯》杂志上报告说，在这种情况下，摩擦力取决于原子力显微镜（AFM；见方框）的尖端在表面移动的速度。这一发现令人惊讶，因为根据适用于宏观世界的库仑定律，摩擦力并不取决于速度。与铂金基底结合，石墨烯不再只形成碳原子的六边形蜂窝图案，而是形成被称为莫伊雷超晶格的超级结构。这时，表面不再是完全平坦的，而是表现出一定程度的粗糙度。"如果我们以低速将AFM尖端移过这个略带波纹的表面，我们会测量到一个微弱且几乎恒定的摩擦力，"来自瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的恩斯特-迈耶教授解释说。第一作者宋一鸣博士补充说："然而，超过一定的阈值，摩擦力就会随着AFM针尖的速度增加。莫伊雷结构的上层越大，摩擦力变得与速度有关的阈值越低"。研究人员发现，在原子力显微镜针尖的移动过程中，莫伊雷上层结构的脊部有更大的阻力。这些脊状部位由于推动尖端而发生弹性变形，然后在压力足够大时再次放松。这种效应带来更大的摩擦力，并随着针尖的速度增加，模拟和分析模型证实了这个国际研究小组获得的实验结果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341797.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341797.htm

革新有机金属化学：21电子茂金属"三明治"

革新有机金属化学：21电子茂金属"三明治"新合成的21电子茂金属化合物的晶体结构，显示氮原子（蓝色）、钴原子（红色）、氢原子（绿色）和碳原子（灰色）。资料来源：Takebayashi等人，2023年有机金属化合物是由金属原子和有机分子组成的分子，通常用于加速化学反应，在推动化学领域的发展方面发挥了重要作用。茂金属是一种有机金属化合物，因其多功能性和特殊的"三明治"结构而闻名。茂金属的发现是对有机金属化学领域的重大贡献，因此1973年诺贝尔化学奖授予了发现并解释其夹层结构的科学家。茂金属之所以用途广泛，是因为它们能够"夹心"多种不同元素，形成各种化合物。它们可用于各种用途，包括生产聚合物、用于测量血液中葡萄糖含量的血糖仪、过氧化物太阳能电池，还可用作催化剂（一种可提高化学反应速率而不被反应本身消耗或改变的物质）。茂金属化合物、其电子数和应用举例。资料来源：Takebayashi等人，2023年茂金属的化学结构可以容纳多种电子数，从而形成多达20个电子的复合物。不过，18电子结构最受欢迎，因为它是最稳定的结构。"众所周知，拥有超过18个电子的情况很少见，因为如果偏离18个电子，茂金属的化学键就会开始拉长、断裂并改变结构。然而，我们在19个电子的茂金属上增加了两个电子，从而创造出了21个电子的茂金属。"Takebayashi博士解释说："我想大多数人都认为这是不可能的，但我们的21电子茂金属在溶液和固体状态下都很稳定，可以长期保存。"有了这种新的茂金属，我们就有可能创造出新型材料，应用于医药、催化和能源领域，帮助解决重要的全球性问题，提高我们的生活质量。研究中的挑战与合作由于茂金属的夹层结构很容易被改变，因此研究中最具挑战性的部分是科学家们要证明氮已成功地与钴结合，而不会改变夹层结构。他们必须严格证明茂金属与所有相邻碳原子都正确结合，并且氮原子与钴原子相连。为此，Takebayashi博士组织了一支由不同专业的研究人员组成的强大团队，并明确证明了所有元素都结合良好。展望未来，Takebayashi博士未来的研究重点是将21电子茂金属用于催化和材料科学等更适用的科学领域，以及在此基础上发现前所未有的有机金属化学。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381773.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381773.htm

研究人员成功制造出金烯（goldene）：只有原子厚的金薄片

研究人员成功制造出金烯（goldene）：只有原子厚的金薄片进一步的实验很快赋予了这种材料更惊人的特性，它开始出现在电子产品、太阳能电池板、显示器、服装、头盔、防弹装甲、飞机甚至鞋子中。但最终，这种性能卓越的材料在新闻和市场上达到了过度饱和的地步--我们厌倦了写它，你厌倦了读它。即使是现在它也占据了这篇报道的太多篇幅。值得庆幸的是，有一种新的神奇材料可能会抢走石墨烯的风头。瑞典林雪平大学（LinköpingUniversity）的研究人员成功地制造出了金烯（goldene）--一种只有一个原子厚的金薄片。与石墨烯一样，这也改变了这种材料的三维块状特性--在这种情况下，烯金变成了一种半导体，而普通的金则不再是最好的导体之一。研究人员说，金烯之所以具有新的特性，是因为在其二维形式中，原子获得了两个"自由键"。这意味着它最终可以用作转化二氧化碳、生产氢气或有价值化学品或净化水的催化剂。当然，电子产品也能从中受益，即使这只是意味着制造电子产品所需的金量减少了。不过，金烯并不像石墨烯那样容易获得。金原子容易聚集在一起，因此很难将它们平铺成二维薄片。林雪平大学的科学家们首先在钛层和碳化物层之间夹上一层薄薄的硅，然后在上面镀上一层金。当加热到高温时，薄硅层被金取代。然后，棘手的一步就是将金烯从夹层中取出。为此，研究人员测试了一种名为"村上试剂"的化学试剂，它是日本古老铁匠技术的一部分，可以蚀刻掉碳残留物。在低浓度下使用长达两个月后，金烯就会暴露出来。最后，用表面活性剂使其稳定。当然，这只是金烯的一个开端，研究人员表示，他们计划继续研究金烯的特性、潜在应用，以及其他贵金属是否也能以类似的方式扁平化为二维。这项研究发表在《自然-合成》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427612.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427612.htm