新材料中的奇异振动：新的见解表明碳炔作为传感器的普遍适用性

对于未来材料的设计，重要的是要了解材料中的单个原子如何以量子力学的方式相互作用。碳链（碳炔）和纳米管之间以前无法解释的振动状态让材料科学家感到困惑。

由维也纳大学领导的来自奥地利、意大利、法国、中国和日本的研究人员现在在拉曼光谱、创新理论模型和机器学习的帮助下成功地找到了这一现象的根源。发表在《自然通讯》上的研究结果表明，由于碳炔对外部影响的敏感性，碳炔作为传感器具有普遍适用性。

对于未来材料的设计，了解物质在原子尺度上的相互作用非常重要。这些量子力学效应决定了物质的所有宏观性质，如电、磁、光或弹性性质。在实验中，科学家们使用光与物质相互作用的拉曼光谱来确定样品原子核的振动本征态。

九年前，Thomas Pichler在维也纳大学的研究小组首次成功地在碳纳米管中稳定了碳炔，这是一种线性碳原子链，令科学界感到惊讶。

到目前为止，碳炔仅在管中发现，具有可控的电子特性，这对半导体技术至关重要，就抗拉强度而言，它可能是已知最强的材料。在他们的实验中，研究小组观察到一种意想不到的系统状态，这种状态与常见的解释模型不符，当时完全被误解了。

研究人员现在已经仔细研究了这种无法解释的系统状态。使用一个创新的理论模型，这只能归功于最近在机器学习方面的突破，他们能够为实验室中观察到的链和纳米管之间的新相互作用找到一个解释，这最初似乎是矛盾的。

“尽管链和纳米管是电子隔离的，因此不交换电子，但它们受到两个纳米结构振动之间出乎意料的强耦合，”该研究的主要作者、维也纳大学的Emil Parth解释道。

换句话说，碳炔和纳米管以电子方式相互通信，同时它们在经典意义上是电子隔离的。这种振动的量子力学耦合通常可以忽略不计，但在这种特殊情况下，由于链的内在电子特性和结构不稳定性，它非常强。

这就是链如此有趣的原因，因为它对外部影响反应强烈。因此，它与周围的纳米管发生了强烈的相互作用。新的研究表明，这种相互作用出乎意料地不是单方面的，因为碳炔也会改变纳米管的性质，尽管方式与之前假设的不同。维也纳大学研究小组负责人Pichler总结道：“碳炔对外部影响的敏感性对于其在未来材料和设备中作为纳米级非接触式光学传感器的潜在应用至关重要，例如作为热传输测量的局部温度传感器。”。p