Científicos chinos han logrado por primera vez que la síntesis de un "cable metálico" con diámetro de un solo átomo supere el nivel micrométrico en longitud. Escalando proporcionalmente diámetro y longitud, esto equivale a un cable de cobre doméstico de 4 metros.

El equipo de Li Kuo del Centro de Investigación de Alta Presión de Pekín aplicó de forma innovadora una nueva estrategia de polimerización topológica en estado sólido bajo alta presión, logrando por primera vez a nivel internacional la síntesis de cadenas de un solo átomo metálico recubiertas de carbono, de longitud micrométrica, grosor atómico y estructura estable. Este logro fue publicado el 21 de agosto en la revista académica internacional Science.

La imagen muestra un diagrama del proceso de síntesis de cadenas de un solo átomo metálico recubiertas de carbono de longitud micrométrica. (Elaborado por el equipo de investigación). Una cadena de un solo átomo metálico puede entenderse como el "cable metálico unidimensional más fino del mundo", con un diámetro de apenas un átomo, y constituye un objeto de estudio ideal para explorar las leyes físicas de baja dimensionalidad en el mundo microscópico. "Sin embargo, el desarrollo de este tipo de materiales ha presentado durante mucho tiempo deficiencias: algunos métodos de preparación solo pueden lograrse en condiciones de ultra alto vacío, y fuera de este entorno se dañan fácilmente; otros métodos pueden obtener muestras estables y producibles en masa, pero la longitud de las cadenas atómicas es limitada. La dificultad de compatibilizar longitud de cadena, estabilidad y producción en masa restringe el potencial de las investigaciones básicas y aplicaciones relacionadas", explicó Li Kuo.

El mayor avance de este logro radica en llevar el límite de preparación de cadenas de un solo átomo metálico al nivel micrométrico. Con la prensa de París-Edimburgo, el equipo produjo en masa monocristales de cadenas de cobre de un solo átomo recubiertas de carbono de gran tamaño; la longitud de una sola cadena atómica exfoliada supera 1 micrómetro, pudiendo conectar en serie más de 4000 átomos de cobre, lo que representa una mejora de más de dos órdenes de magnitud en longitud en comparación con las muestras preparadas internacionalmente en el pasado. Este método de preparación también puede extenderse a múltiples metales como cobalto, níquel y zinc.

Para estabilizar este extremadamente fino "cable metálico" de escala atómica, el equipo de investigación propuso un nuevo enfoque. "Es como colocar una robusta 'funda protectora' sobre un hilo frágil. Seleccionamos cristales de ftalocianina de cobre β como material de partida; mediante compresión precisa de las distancias intermoleculares a alta presión, al alcanzar condiciones críticas, los anillos moleculares periféricos del material se conectan y polimerizan entre sí, formando una capa densa y resistente de 'vaina protectora' de carbono que envuelve y fija firmemente la fila interna de átomos de cobre ordenados", explicó Li Kuo.

Esta investigación fue completada por el Centro de Investigación de Alta Presión de Pekín en colaboración con la Universidad de Nankai, la Universidad de Pekín y otras instituciones. "Los cables metálicos ultrafinos a escala atómica tienen el potencial de ofrecer opciones de materiales completamente nuevos para la próxima generación de circuitos nanométricos y dispositivos electrónicos flexibles portátiles, abriendo nuevas vías para el desarrollo de materiales funcionales de baja dimensionalidad innovadores en China", afirmó Mao Ho-Kwang, científico mundial de alta presión y académico de la Academia China de Ciencias.