作者:伊美迪亚纳米公司 展现特征终态的非平凡拓扑聚合物的艺术表现
信用:M
Pykal
IMDEA纳米学院、马德里自治大学和马德里康普顿大学的研究人员与捷克科学院、EMPA(瑞士苏黎世)和RCATM(捷克奥洛穆克)合作，提出了一种制造原子级准金属一维聚合物的新策略
这项研究提高了设计具有消失电子带隙的稳定有机聚合物的可能性，其应用包括分子光电子学和量子信息技术
有机(合成)金属在上个世纪的最后几十年里吸引了很多关注，因为它们被设想为未来的应用和可承受的成本
聚乙炔聚合物的早期进展促进了这一领域的发展，它在掺杂时表现出高导电性，为有机电子学和诺贝尔奖的发现开辟了一条新的途径
然而，科学家发现掺杂剂损害了聚合物的稳定性，从而降低了它们作为合成金属在实际器件中的应用
从理论的角度来看，早期的努力，以了解基本过程的模型反聚乙炔系统导致了苏-谢勒弗-希格尔(SSH)模型
该理论揭示了聚合物所采用的共振形式，其源自π电子的共轭(π共轭)，能够以一种意想不到的方式改变材料的电子类别
拓扑能带理论通过数学方法研究带隙材料在绝缘体和拓扑非平凡绝缘体中的能带结构，对带隙材料进行分类
在SSH模型中，一种谐振形式表现为正常绝缘体，而另一种谐振形式是拓扑非平凡的一维绝缘体，即
e
，一种以间隙内边缘状态为特征的间隙材料
因此，共振形式的交叉可以改变聚合物的拓扑类别
但是任何共振形式的聚乙炔都是有间隙的材料
因此，这种聚合物只能通过化学或电化学掺杂来增加其导电性
因此，问题是科学家能否设计出一维有机内在金属
为了回答这个问题，科学家需要回到拓扑带理论的根源，该理论指出两种带隙材料之间的跃迁必须通过带隙的闭合来进行，即
e
，通过金属状态
因此，如果研究人员能够设计出一系列化学材料，并通过调整化学结构来调整其能带的拓扑结构，就有可能在拓扑转变点近似甚至定位该材料
在《自然纳米技术》杂志上报道的最新研究中，科学家们设计了一个实验和理论相结合的研究，将拓扑能带理论(固态物理)和π电子共轭(有机化学)领域联系起来，以产生准金属有机聚合物
“我们第一次可以用扫描探针显微镜观察到拓扑类别和聚合物共振形式之间的联系，为设计新的电子材料类别铺平了道路，包括固有的有机金属和一维拓扑非平凡绝缘体，”教授说
Ecija说
“为了说明这些概念，我们依靠有机合成的力量来制备合适的分子前体，我们相信表面化学可以通过前所未有的反应来推动聚合物的工程化”
马丁说
首先，一个新的并苯聚合物家族，按其主链中苯单元的数目分类(n=1，2，3…)，被认为经历了一个离散的拓扑转变
对于小的n (n5)来说是不重要的，识别接近n=5的边界(并五苯聚合物)
不同的聚合物以原子精度制作在金基底上，实现最终的表面合成方法，随意调整所得聚合物的拓扑和电子性质
“根据我们的理论预测，并五苯聚合物位于非常接近拓扑边界的非平凡拓扑相中，具有非常小的间隙，”耶利内克说
事实上，实验测量揭示了他们的准金属行为与0
35 eV实验带隙和带隙内拓扑边缘态的存在
作者将这一概念推广到聚合物簇，实现了低至0的带隙
双蒽聚合物为3 eV，位于拓扑跃迁附近
此外，π-系统的不同共振形式可以被识别，证明了普通聚合物的乙炔桥芳香性质，而对于非普通电线则定位为积云连接的对醌型共振形式
因此，在谐振形式之间存在交叉，这对应于拓扑带跃迁
总之，这项工作既证明了共振形式和拓扑类别之间的密切关系，同时也提供了一种新的工具，通过在精确的拓扑边界上设计聚合物来生产稳定的有机本征金属
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