Pour la première fois, des scientifiques chinois ont porté la longueur de synthèse d'un « fil métallique » d'un diamètre d'un seul atome au-delà du niveau micrométrique. En proportionnant le diamètre et la longueur à la même échelle, cela équivaut à un fil de cuivre domestique de 4 mètres.

L'équipe de Li Kuo du Centre de recherche en sciences à hautes pressions de Pékin a innové en appliquant une nouvelle stratégie de polymérisation topologique en phase solide sous haute pression, synthétisant pour la première fois au niveau international des chaînes d'atomes métalliques uniques enveloppées de carbone, d'une longueur micrométrique, d'une finesse atomique et d'une structure stable. Ces résultats ont été publiés le 21 août dans la revue académique internationale Science.

La figure montre un schéma du processus de synthèse des chaînes d'atomes métalliques uniques enveloppées de carbone d'une longueur micrométrique. (Schéma réalisé par l'équipe de recherche)　　Une chaîne d'atomes métalliques uniques peut être comprise comme le « fil métallique unidimensionnel le plus fin au monde », si fin qu'il n'a qu'un diamètre d'un seul atome, constituant un objet d'étude idéal pour les scientifiques explorant les lois physiques de basse dimension dans le monde microscopique. « Mais le développement de ce type de matériau présente depuis longtemps des lacunes : certaines méthodes de préparation ne peuvent être réalisées que dans des conditions d'ultravide, et le matériau est facilement endommagé hors de cet environnement ; d'autres méthodes permettent d'obtenir des échantillons stables et reproductibles en masse, mais la longueur des chaînes atomiques est limitée. La longueur des chaînes, la stabilité et la production en masse sont difficiles à concilier, ce qui freine le potentiel des recherches fondamentales et des applications connexes », a déclaré Li Kuo.

La plus grande percée de ces résultats réside dans l'extension de la limite de préparation des chaînes d'atomes métalliques uniques au niveau micrométrique. Grâce à la presse Paris-Édimbourg, l'équipe a produit en masse de grands monocristaux de chaînes d'atomes de cuivre uniques enveloppés de carbone ; après exfoliation, la longueur des chaînes atomiques individuelles dépasse 1 micromètre, pouvant relier en continu plus de 4 000 atomes de cuivre, soit une augmentation de plus de deux ordres de grandeur par rapport aux chaînes d'échantillons préparées auparavant au niveau international. Cette méthode de préparation peut également être étendue à plusieurs métaux tels que le cobalt, le nickel et le zinc.

Pour stabiliser ce « fil métallique » extrêmement fin à l'échelle atomique, l'équipe de recherche a proposé une nouvelle approche. « Comme si l'on enfilait un "tube de protection" robuste autour d'un fil fragile, nous avons choisi des cristaux de phtalocyanine de cuivre β comme matière première. En comprimant précisément la distance intermoléculaire sous haute pression, une fois la condition critique atteinte, les anneaux moléculaires périphériques de la matière première se polymérisent et se lient, formant une "gaine protectrice" carbonée dense et solide qui enveloppe et verrouille fermement la rangée d'atomes de cuivre alignés à l'intérieur », a expliqué Li Kuo.

Cette recherche a été menée par le Centre de recherche en sciences à hautes pressions de Pékin en collaboration avec l'Université de Nankai, l'Université de Pékin et d'autres institutions. « Les fils métalliques ultrafins à l'échelle atomique devraient offrir de nouvelles options de matériaux pour les circuits nanométriques de prochaine génération et les dispositifs électroniques portables flexibles, ouvrant une nouvelle voie pour le développement de matériaux fonctionnels de basse dimension innovants en Chine », a déclaré Mao Ho-Kwang, scientifique mondial des hautes pressions et académicien de l'Académie chinoise des sciences.