近日，中國科學院金屬研究所先進炭材料研究部博士研究生湯代明和助理研究員尹利長在研究員成會明、劉暢的指導下，與金屬所固體原子像研究部馬秀良研究員、韓國成鈞館大學Young Hee Lee教授等合作，設(shè)計并制備出一種碳納米管夾持的金屬原子鏈器件，實現(xiàn)了金屬原子鏈與碳納米管的有效連接，為金屬原子鏈的裝配提供了一條新途徑。
 
      金屬原子鏈是僅由一到幾列金屬原子構(gòu)成的一維結(jié)構(gòu)。理論與實驗研究表明，金屬原子鏈具有獨特的量子傳輸和量子磁阻效應(yīng)等，可望在納電子器件和電磁器件中獲得應(yīng)用。采用掃描隧道顯微鏡、機械控制改變連接、電沉積等方法制備的金屬原子鏈通常懸于宏觀尺度的電極之間，這使得金屬原子鏈與其他納米結(jié)構(gòu)和器件的連接、集成十分困難。
 
      中國科學院金屬所科研人員利用碳納米管的納米尺度中空管腔，填充和承載金屬納米棒并保護其不被氧化。進而在透射電子顯微鏡（TEM）下通過電子束輻照選擇性剝離包覆金屬納米棒的碳層，并利用樣品局部的熱應(yīng)力或STM-TEM樣品臺原位施加的拉應(yīng)力制備碳納米管夾持的金屬原子鏈。利用高分辨TEM和第一原理計算研究了鐵原子鏈的形成過程，發(fā)現(xiàn)表面能驅(qū)使的沿（110）面的滑移和扭折是其形成的重要機制。原位研究了碳納米管夾持鐵原子鏈器件的電輸運特性，發(fā)現(xiàn)其電導呈量子化；利用第一原理方法研究了碳納米管夾持金屬原子鏈的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)二者形成牢固的共價鍵結(jié)合，鐵原子鏈具有半金屬特性。以上結(jié)果表明，在與碳納米管鍵合、連接后，金屬原子鏈仍保持其獨特的物理性質(zhì)。將碳納米管夾持鐵原子鏈的制備思路延伸至其他金屬，成功制備出碳納米管夾持的FeNi合金原子鏈及鉑原子鏈器件。
 
      該研究為金屬原子鏈的制備和集成提供了新思路，所制備的碳納米管夾持金屬原子鏈可望在納電子和自旋電子器件中獲得應(yīng)用。同時，該研究表明，由于具有獨特的準一維中空管狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的電學、力學性能和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，碳納米管可望作為納米尺度的電、力傳導材料等在納米結(jié)構(gòu)和器件的構(gòu)建中發(fā)揮重要作用。相關(guān)研究論文已發(fā)表在近日出版的美國《國家科學院院刊》（PNAS）上。