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分子基碳材料因其獨特的幾何形狀，具備導電性、良好的可見光吸收性和發光性等物理化學性質，受到廣泛關注。一個原子石墨烯平面圍繞著垂直于基面的線連續螺旋，可形成具有黎曼曲面的三維結構。黎曼曲面不僅在現代數學發展中發揮著至關重要的作用，還為多功能彎曲碳材料的設計和合成提供新見解。理論預測表明，當施加電壓時，具有類似于黎曼曲面的碳螺線管可作為量子導體，產生較大的磁場和電感。然而，實現這種具有大共軛延伸的螺旋拓撲形貌是一項重大挑戰。

杜平武課題組利用精確的自下而上的合成方法，通過合理設計、合成合適的分子前體以實現目標分子的螺旋扭曲，成功構建了首個具有黎曼曲面的大共軛無金屬碳納米螺線管材料。

課題組結合多尺度實驗表征手段及理論分析，對碳納米螺線管的結構特征和性質開展了系統研究，證實該材料具有大共軛碳骨架、清晰的單鏈螺旋分子結構以及強烈的紅色發光特性。磁性測試結果表明，常溫下碳納米螺線管含有大量自由基單電子，顯示出強烈的電子順磁共振磁信號，在低溫下具有順磁性響應和復雜的磁有序行為。

這一成果擴充了彎曲碳同素異形體材料的范疇，為未來開發多種螺旋碳材料提供了實驗基礎。審稿人認為，碳納米螺線管材料的制備是碳同素異形體領域的一個里程碑，將引發人們對其未經探索物理性質的興趣。（桂運安 王敏）