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圖1. (a) 三維TMC晶體結(jié)構(gòu)，由TMC納米纖維組成，周圍是單原子行的插層元素。(b) 單個(gè)TMC納米纖維的端面和側(cè)面圖。氯化物為金色，過(guò)渡金屬為綠色，插層元素為深紫色。資料來(lái)源：東京都立大學(xué)

過(guò)渡金屬鹵化物（TMC）的原子線是由過(guò)渡金屬和第16組元素如硫、硒和碲組成的納米結(jié)構(gòu)。它們能夠自我組裝成具有不同維度的廣泛結(jié)構(gòu)，使它們成為納米材料革命的核心，是近年來(lái)激烈研究的焦點(diǎn)。

特別是，一類三維TMC結(jié)構(gòu)引起了人們的特別興趣，它由一束束TMC納米纖維組成，這些纖維之間由金屬原子固定在一起，在其橫截面上形成一個(gè)有序的晶格（見(jiàn)圖1）。根據(jù)對(duì)金屬的選擇，該結(jié)構(gòu)甚至可以成為一個(gè)超導(dǎo)體。此外，通過(guò)使纖維束變薄，它們可以被制成可導(dǎo)電的柔性結(jié)構(gòu)：這使得TMC納米結(jié)構(gòu)成為納米電路中用作布線的主要候選者。然而，要把這些結(jié)構(gòu)做成深入研究它們所需的長(zhǎng)而薄的纖維，以及用于納米技術(shù)的應(yīng)用，一直都很困難。

圖2：（a）碲化鎢納米纖維束和最終插層結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)示意圖，以及掃描透射電子顯微鏡圖像。(b) 在硅襯底上合成的三維TMC納米纖維。資料來(lái)源：東京都立大學(xué)

由助理教授Yusuke Nakanishi和副教授Yasumitsu Miyata領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)一直在研究TMC納米結(jié)構(gòu)的合成技術(shù)。在最近的工作中，他們表明，他們可以在前所未有的大長(zhǎng)度尺度上生產(chǎn)長(zhǎng)而薄的TMC束（不含金屬）。現(xiàn)在，他們已經(jīng)使用氣相反應(yīng)將原子級(jí)的薄排銦穿入薄的碲化鎢束。通過(guò)在500攝氏度的真空條件下將他們的長(zhǎng)納米纖維束暴露在銦蒸氣中，金屬銦原子進(jìn)入構(gòu)成纖維束的各個(gè)納米纖維之間的空間，形成一個(gè)夾層（或橋接）的銦行，將纖維結(jié)合在一起。

在成功地生產(chǎn)出大量的這些線狀TMC束后，他們開(kāi)始研究他們的新納米線的特性。通過(guò)觀察電阻率與溫度的關(guān)系，測(cè)量數(shù)據(jù)確鑿地表明，單個(gè)線束的行為像金屬一樣，因此能導(dǎo)電。這與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果一致，同時(shí)也證明了這些結(jié)構(gòu)的有序性。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)與成批捆綁的納米纖維略有不同，因?yàn)閵A層行導(dǎo)致每個(gè)納米纖維圍繞其軸線輕微旋轉(zhuǎn)。

該團(tuán)隊(duì)的技術(shù)不僅限于銦和碲化鎢，也不僅限于這種特定的結(jié)構(gòu)。他們希望他們的工作可能會(huì)給納米材料的開(kāi)發(fā)和對(duì)其獨(dú)特性能的研究帶來(lái)新的篇章。