最近，纳米领域有个有意思的事情。

IBM的科学家创造出了环碳（cyclocarbon）分子。

这种分子是一种由18个碳原子组成的环，因此，这种分子又被命名为环[18]碳（cyclo[18]carbon）。

环[18]碳示意图，它如同一个超小的项链 | IBM

如何做一个碳环

环[18]碳，这名字读起来像武侠小说中的剑客一样。

早在1966年，就有学者预测过环碳的结构。随后，也有间接证据表明，在极端条件下（激光或者高温）可以存在一些气态的环碳[1]。但是，因为气态的环碳太不稳定，学者们并没有直接观察到，也没法深入研究相关的性质。

近日，来自IBM和牛津大学的科学家，合作创造了由18个碳原子组成的环碳，相关研究成果发表在了《科学》杂志上。

为了让这18个碳原子手拉手、心连心，科学家们采用了超低温条件下的原子操控技术。

在制备中，他们首先合成了一种名为C24O6的碳-氧分子。物如其名，这种分子中包含24个碳原子和6个氧原子。氧原子的存在，提高了整个分子的稳定性。

接下来，他们将这个分子安置在氯化钠的表面上。之所以选择氯化钠，是因为盐类在低温下是化学惰性的，不会和活泼的碳-氧分子发生反应。

环碳合成方法，其中第三排为C24O6等系列分子的显微图像 | IBM

随后，科学家们结合扫描隧道显微镜（STM）与原子力显微镜（AFM）等技术，来对这个分子进行加工。

具体来说，是使用一根极其尖锐的金属探针，通过在探针尖端施加电流，将C24O6中氧原子逐个敲掉，同时，与氧相连的6个碳原子也会被移除。这样，就剩下相互连接的18个碳原子，即环[18]碳。

环[18]碳分子的三维图像 | IBM

纳米界的扛把子——IBM

在创造环碳的过程中，最大的难点无疑是精确操控原子。这种听起来近乎幻想的技术，IBM却早已驾轻就熟。

毕竟，在纳米科研的江湖中，IBM是如“带头大哥”一般的存在。

操控原子所应用到的核心手段，名为“扫描隧道显微镜（STM）”。这项技术就是由IBM的两位学者格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔在1981年首创的。

STM的关键部件是一根非常细的金属探针，针尖与物体表面可以形成电流，通过记录电流的大小与变化，进而可以探测纳米级的微观形貌。

STM的超细探针 | ucla.edu

借由STM，人类如同打开了一只“天眼”，将纳米世界的纷繁尽收眼底。这项成就也荣获了1986年诺贝尔物理学奖。

不过，科学家们不止满足于“看看”，他们更想“动动”。

1990年，又是IBM，他们使用STM将35个氙原子排成了“IBM”三个字母。完成了人类历史上首次对原子的操控。

原子排列成IBM字母 | IBM

原子操控术除了能创造最新的科学发现，还能用来拍电影。2013年，IBM使用几十个原子，拍摄了一部世界最小的电影。

这部名为《小男孩和他的原子》（A boy and his atom）的电影由242帧图片组成，内容讲述了一个（原子级）小男孩玩（原子）皮球的故事。

原子电影A boy and his atom海报 | phys.org

如今，环碳的制备，完全得益于IBM在纳米领域数十年的技术积累。

环碳有什么用？

环碳有了，但它有什么意义呢？

首先，环[18]碳的出现，解答了学者们长久以来的一个疑问——环碳中的原子是怎么连接的？

以前的理论预测是：在环碳中，每个碳原子以双键的形式与旁边的碳原子进行连接。

但本次研究发现：环碳原子连接方式是单键和三键交替连接（alternating triple and single bonds）。

环碳原子单键-三键交替连接示意图 | Wikimedia Commons

根据以往经验，新形式的碳总会给人带来惊喜——富勒烯和石墨烯，都得到了诺贝尔奖。

但目前来看，环碳应该不行。因为它还没有带来重大的理论突破。现如今，我们只知道环碳是一种半导体。此外，这种分子极其不稳定，制备方法又太难，别的研究人员无法深入展开研究。

科学家们自己也说，下一步的实验计划是“探索出能稳定，高效制备环碳的方法”[2]。

他们还有个计划，希望以环碳为组件，去做出一些更复杂碳分子[2]。

现阶段，环碳对于广大群众的意义也不是很大。最大的影响，可能是明年的中考高考及各类化学竞赛里可能会出现这样一道题——

请问，环[18]碳中原子的连接方式是_____？