作者:安娜·德明，物理
（同organic）有机 聚乙炔的化学结构——本工作中考虑的聚乙炔分子
相应的Kohn-Sham轨道，形成了线中拓扑保护的畴壁状态(上图)和不带电荷的中性分子的共振构型(下图)
信用:纳米信件 30多年前，苏、、西格(宋承宪)和基威森的开创性报告首次提出了基于一种孤波的导电聚合物聚乙炔的孤子描述，这一描述引起了人们的极大兴趣
作为一些最简单的拓扑绝缘体，这些分子现在重新引起了人们的兴趣
然而，合成单个聚乙炔分子的问题将这些孤立子研究局限于从大量带有孤立子的分子的平均值外推孤立子特性，这是相当间接的
2019年关于单聚乙炔分子线的合成和表征的报道改变了这一点
现在，德国和美国研究人员的计算
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我已经确定了这些单分子链中的孤立子的行为，指出了孤立子控制的一个层次——“孤立子学”——可能对电子设备和传感器有用
非线性效应和色散效应相互抵消时，就会产生孤子，这样孤波包就会自我增强
它们有许多粒子特征，它们保持不变的形状，从碰撞中出来时不变
在光波导中，非线性贡献与强度成正比，产生波的自聚焦，使波在空间和时间中不变地通过
然而，自保持孤立子特征也可能与键序的变化有关，例如扭结或畴壁
在描述聚乙炔分子导线时，由于这些导线可能具有不同的畴，因此出现了孤子
聚乙炔分子沿着链在单键和双键之间交替，这些键类型的顺序定义了不同的区域
孤立子是一种描述链段之间具有不同顺序的畴壁的方式
畴壁可以移动，但是它的形状保持不变
它也很轻——大约是电子质量的六倍——但是它可能会扭曲晶格，并在波动时移动较重的原子核
由德国雷根斯堡大学的丹尼尔·埃尔南德斯·佩雷斯和费迪南德·埃弗斯领导的研究人员与美国哥伦比亚大学的研究人员合作
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，将密度泛函理论计算应用于聚乙炔，以了解这些孤子在单线中的行为
“我们的主要动机之一是理解在现实场景中，在单分子水平上可以观察到什么类型的拓扑性质，”埃尔南戈麦斯-佩雷斯解释道
电子学遇到了孤立学 他们发现有可能通过分子链两端的化学实体来控制孤立子的位置
孤子可以不带自旋或不带电荷，但自旋为一半
对于带电孤子，研究人员表明，施加电场可以进一步操纵孤子在分子链上的位置，这可以通过极化测量或电导的变化来观察
当孤立子向边缘移动时，电导呈指数变化，正如埃尔南戈麦斯-佩雷斯所建议的那样，这提供了一种对检测电场有用的灵敏度
当孤立子到达链的一端，电场进一步上升时，可能会出现意想不到的结果
不是某种电介质击穿，而是形成一个额外的孤立子-反孤立子对，释放静电能量
进一步孤立子势 尽管研究人员已经表明有可能合成单个聚乙炔分子线，其长度足以容纳孤子，但其他挑战依然存在
他们需要建立一种方法来确保电线为带电的孤立子保留多余的电荷，以及如何化学地连接正确的化学端基，并使孤立子受到面内电场的作用
然而，埃尔南戈麦斯-佩雷斯并不认为这些问题中有任何一个是不可克服的
例如，面内场可以由用扫描近场显微镜沉积的金属原子提供
至于他自己未来的研究方向，埃尔南戈麦斯-佩雷斯列举了一些有待解决的突出理论问题:“有几种可能性:(一)了解基质的作用和基质与聚乙炔链之间可能的晶格失配；(二)利用密度泛函理论等理论工具研究链间耦合或一条链上孤子的产生如何影响相邻链；(iii)从理论上研究相似碳基分子中畴壁的形成
" 到目前为止，研究人员的计算还没有扩展到带有自旋的零电荷聚乙炔孤子的行为，但是他们希望可以用磁场梯度来操纵它
“原则上，人们可以把沿着电线的自旋电流想象成电流，”埃尔南戈麦斯-佩雷斯建议道
“但现在谈论这对自旋电子学的影响还为时过早
"
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