p O carbono elementar aparece em muitas formas, incluindo diamante, fulerenos e grafeno, que têm estrutura única, eletrônico, mecânico, transporte e propriedades ópticas que oferecem uma ampla gama de aplicações em física, química e ciência dos materiais. Isso inclui materiais compostos, dispositivos emissores de luz em nanoescala e materiais de coleta de energia. p Dentro da "família do carbono, "apenas carbyne, uma forma verdadeiramente unidimensional de carbono, ainda não foi sintetizado, apesar de ter sido estudado há mais de 50 anos. Sua extrema instabilidade nas condições ambientais dificultou a prova experimental final de sua existência. Uma colaboração internacional de pesquisadores desenvolveu uma nova rota para a produção em massa de cadeias de carbono compostas por mais de 6, 400 átomos de carbono usando fino, nanotubos de carbono de parede dupla como hospedeiros protetores das cadeias.

p Essas descobertas são publicadas na revista Materiais da Natureza e representam um precursor elegante em direção ao objetivo final da produção em massa da carbyne. Além das aplicações potenciais, essas descobertas abrem a possibilidade de responder a questões fundamentais sobre as correlações de elétrons, interações elétron-fônon e transições de fase quântica em materiais unidimensionais.

p Mesmo em sua forma elementar, a alta versatilidade de ligação do carbono produz muitos materiais bem conhecidos, incluindo diamante e grafite. Uma única camada de grafite, denominado grafeno, pode ser enrolado ou dobrado em nanotubos de carbono ou fulerenos, respectivamente. A data, Prêmios Nobel foram atribuídos a trabalhos fundamentais em grafeno (2010) e fulerenos (1996). Embora a existência de carbono acetilênico linear, uma cadeia de carbono infinitamente longa também chamada de carbyne, foi proposto em 1885 por Adolf von Baeyer, que recebeu o Prêmio Nobel por suas contribuições gerais à química orgânica em 1905, os cientistas ainda não foram capazes de sintetizar esse material. Von Baeyer até sugeriu que Carbyne permaneceria evasivo, pois sua alta reatividade sempre levaria à sua destruição imediata. No entanto, cadeias de carbono de comprimento crescente foram sintetizadas com sucesso nos últimos 50 anos.

p Até aqui, o detentor do recorde é uma cadeia composta por cerca de 100 átomos de carbono (2003). Este recorde foi quebrado por um fator de mais de 50 com a demonstração pela primeira vez de cadeias em escala micrométrica, relatado em Materiais da Natureza hoje. Pesquisadores da Universidade de Viena liderados por Thomas Pichler desenvolveram uma abordagem nova e simples para estabilizar cadeias de carbono com um comprimento recorde de mais de 6, 400 átomos de carbono.

p Eles usam o espaço confinado dentro de um nanotubo de carbono de parede dupla como um nanorreator para fazer crescer cadeias de carbono ultralongas em grande escala. A existência das cadeias foi inequivocamente confirmada pelo uso de uma infinidade de sofisticadas, métodos complementares. Isso inclui o uso de dependente da temperatura, espectroscopia Raman de campo próximo e distante com diferentes lasers (para a investigação de propriedades eletrônicas e vibracionais), espectroscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (para a observação direta de carbyne dentro dos nanotubos de carbono) e espalhamento de raios-X (para a confirmação do crescimento da cadeia em massa). "A prova experimental direta de cadeias de carbono lineares ultralongas confinadas, que são duas ordens de magnitude mais longas do que as cadeias comprovadas mais longas até agora, são um passo promissor em direção ao objetivo final de desvendar o Santo Graal dos alótropos de carbono verdadeiramente 1D, carbyne, "explica Lei Shi, primeiro autor do artigo.

p Carbyne é muito estável dentro de nanotubos de carbono de parede dupla. Esta propriedade é crucial para sua eventual aplicação em materiais e dispositivos futuros. De acordo com modelos teóricos, as propriedades mecânicas da carbyne excedem todos os materiais conhecidos, superando o grafeno e o diamante (por exemplo, é 40 vezes mais rígido que o diamante, duas vezes mais rígido que o grafeno e tem uma resistência à tração maior do que todos os outros materiais de carbono).

p As propriedades elétricas de Carbyne dependem do comprimento da cadeia unidimensional, sugerindo assim novas aplicações nanoeletrônicas no transporte de spin quântico e semicondutores magnéticos, além de seu apelo geral em física e química. "Este trabalho forneceu um exemplo de uma colaboração muito eficiente e frutífera entre experimentos e teoria, a fim de desvendar e controlar as propriedades eletrônicas e mecânicas de baixa dimensão, materiais à base de carbono. Isso levou à síntese e caracterização da cadeia de carbono linear mais longa de todos os tempos. Essas descobertas fornecem a base de teste para estudos experimentais relativos à correlação de elétrons e transições de fase dinâmica quântica em geometrias confinadas que não eram possíveis antes. Além disso, as propriedades mecânicas e eletrônicas do carbyne são excepcionais e sugerem uma grande variedade de novas possibilidades para o projeto de dispositivos nanoeletrônicos, bem como optomecânicos, "conclui Angel Rubio.