Cientistas chineses, pela primeira vez, romperam a barreira do nível micrométrico na síntese de "fios metálicos" com diâmetro de átomo único. Em escala proporcional entre diâmetro e comprimento, isso equivale a um fio de cobre doméstico de 4 metros.
A equipe de Li Kuo, do Centro de Pesquisa em Ciências de Alta Pressão de Pequim, inovou ao aplicar uma nova estratégia de polimerização topológica em estado sólido sob alta pressão, sintetizando pela primeira vez no mundo cadeias de átomos metálicos únicos revestidas por carbono, com comprimento micrométrico, espessura atômica e estrutura estável. O resultado foi publicado em 21 de agosto na revista acadêmica internacional Science.
Na imagem, um diagrama do processo de síntese das cadeias de átomos metálicos únicos revestidas por carbono em comprimento micrométrico. (Elaborado pela equipe de pesquisa) Uma cadeia de átomos metálicos únicos pode ser entendida como o "fio metálico unidimensional mais fino do mundo", tão fino que possui apenas o diâmetro de um único átomo, sendo um objeto de estudo ideal para cientistas explorarem as leis físicas de baixa dimensão no mundo microscópico. "No entanto, o desenvolvimento desse tipo de material sempre apresentou deficiências: alguns métodos de preparação só podem ser realizados sob condições de ultra-alto vácuo, sendo facilmente danificados fora desse ambiente; outros métodos podem obter amostras estáveis e passíveis de produção em lote, mas o comprimento das cadeias atômicas é limitado. O comprimento da cadeia, a estabilidade e a produção em lote são difíceis de conciliar, o que restringe o potencial de pesquisas básicas e aplicações relacionadas", afirmou Li Kuo.
A maior conquista deste resultado está em avançar o limite de preparação das cadeias de átomos metálicos únicos para o nível micrométrico. Com o auxílio da prensa de Paris-Edimburgo, a equipe produziu em lote monocristais de cadeias de átomos de cobre únicos revestidos por carbono em grande escala; após o descascamento individual, o comprimento da cadeia atômica ultrapassa 1 micrômetro, conseguindo conectar continuamente mais de 4.000 átomos de cobre, um aumento de mais de duas ordens de grandeza em relação ao comprimento das cadeias de amostras preparadas internacionalmente no passado. Esse método de preparação também pode ser estendido a diversos metais, como cobalto, níquel e zinco.
Para estabilizar esse "fio metálico" extremamente fino em escala atômica, a equipe de pesquisa propôs uma nova abordagem. "Assim como colocamos uma 'bainha protetora' resistente em um fio frágil, selecionamos cristais de ftalocianina de cobre β como matéria-prima. Por meio da compressão precisa das distâncias moleculares sob alta pressão, ao atingir condições críticas, os anéis moleculares periféricos da matéria-prima se conectam e polimerizam, formando uma camada densa e firme de 'bainha protetora' de carbono, que envolve e fixa firmemente a fileira interna de átomos de cobre alinhados", explicou Li Kuo.
Esta pesquisa foi concluída pelo Centro de Pesquisa em Ciências de Alta Pressão de Pequim em colaboração com a Universidade de Nankai, a Universidade de Pequim e outras instituições. "Fios metálicos ultrafinos em escala atômica têm potencial para oferecer novas opções de materiais para a próxima geração de circuitos nanoeletrônicos, dispositivos eletrônicos vestíveis flexíveis e outros, abrindo novos caminhos para o desenvolvimento de materiais funcionais de baixa dimensão inovadores na China", afirmou Mao Ho-Kwang, cientista mundial de alta pressão e acadêmico da Academia Chinesa de Ciências.