铜和碳原子链可能是最细的金属丝

洛桑EPFL材料理论与模拟实验室是NCCR MARVEL的一部分，该实验室的研究人员使用计算方法确定了可能是最薄的金属丝，以及其他几种具有许多应用兴趣的一维材料

一维（或1-D）材料是纳米技术最有趣的产品之一，由排列成线或管的原子制成。它们的电学、磁学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优秀候选者

虽然碳纳米管是迄今为止最受关注的材料，但事实证明，它们很难制造和控制，因此科学家们迫切希望找到其他化合物，这些化合物可以用来制造具有同样有趣特性但更容易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；基于它们的结构和电子特性&mdash；看起来它们很容易“剥落”，本质上是从它们身上剥离出一个稳定的一维结构。同样的方法在过去也被成功地用于研究二维材料，但这是首次应用于一维材料

研究人员从文献中发现的各种数据库中收集了超过78万个晶体开始，这些晶体通过范德华力结合在一起，范德华力是指当原子距离足够近，电子可以重叠时发生的弱相互作用。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，并计算了将一维结构与晶体其余部分分离所需的能量

该论文的第一作者Cignarella说：“我们专门寻找金属丝，这些金属丝应该很难找到，因为原则上，一维金属不应该足够稳定，不足以剥落。”

最后，他们列出了一份800份一维材料的清单，从中选出了14名最佳候选人&mdash；尚未合成为实际导线的化合物，但模拟表明是可行的。然后，他们开始更详细地计算它们的性质，以验证它们的稳定性以及人们应该期望它们的电子行为

四种材料&mdash；两种金属和两种半金属&mdash；脱颖而出的是最有趣的。其中包括金属线CuC2，这是一条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薄的在0K下稳定的金属纳米线

Cignarella说：“这真的很有趣，因为你不会期望沿着一条线的实际原子线在金属相中是稳定的。”。科学家们发现，它可以从三种不同的母体晶体（NaCuC2、KCuC2和RbCuC2）中剥离出来。它几乎不需要从中提取能量，而且它的链可以弯曲，同时保持其金属特性，这将使它对柔性电子器件产生兴趣

发表在ACS Nano上的这项研究中发现的其他有趣材料包括半金属Sb2Te2，由于其性质，它可能允许研究50年前预测但从未观察到的奇异物质状态，称为激子绝缘体，这是量子现象在宏观尺度上可见的罕见情况之一。还有另一种半金属Ag2Se2和TaSe3，这是一种众所周知的化合物，是唯一一种已经在实验中作为纳米线剥离的化合物，科学家们将其作为基准。

至于未来，Cignarella解释说，该小组希望与实验者合作，实际合成这些材料，同时继续进行计算研究，看看它们如何传输电荷以及在不同温度下的行为。这两件事对于理解它们在现实应用程序中的表现都是至关重要的