全五七环碳纳米带实现本征金属，电导逼近一个量子 碳基纳米带 如果要成为未来电子器件中的“导线”，理想状态是结构原子级精确、电导接近量子极限。金属性石墨烯纳米带已经能通过能带工程实现，例如零模超晶格；但完全由五元环和七元环组成、不含六元环的“碳五七环”同素异形体，虽然理论上早被预言可以本征金属化，却一直难以合成。难点在于：把只含奇数元环的结构稳定地一维延伸，以往尝试往往会混入六元环；而五元环烯又因反芳香性不稳定。 鉴于此，中国科学技术大学的王兵教授与范其瑭教授 提出 一种分级表面合成平面CPHNs的方法：通过横向融合由预合成聚环辛二烯链转化而来的、良好取向的聚五元环烯链，获得两类窄五七环纳米带。 二者共享相似基底结构，即中心七边形链两侧分别为相同取向（CPHN 1）或不同取向（CPHN 2）的聚五元环烯链。CPHN 1为本征金属，CPHN 2为窄带隙半导体。CPHN 1表现出接近一个电导量子、近弹道的电导，可与金属碳纳米管相比，凸显其作为平面碳金属的潜力，并提示通往碳量子线的可能路线；但器件集成仍需进一步合成优化。相关论文以题为“Narrow carbon pentaheptite nanoribbon as a covalent metal”发表在最新一期《nature》上。 值得一提的是，这是2026年至今中国科大以第一署名及通讯单位在Nature、Science、Cell三大国际顶尖刊物(CNS)上发表的第15篇成果。 自对齐聚五元环烯链 单环二烯烃1,5-二溴-1,5-环辛二烯（DBCOD）沉积到300 K的Ag(111)表面后，会沿特定方向形成自对齐链（图1b）。高分辨STM和非接触AFM图像，以及模拟结果，都支持这些链是聚(1,5-环辛二烯)（PCOD）（图1c–g）。链周期约10.0 Å，STM中约2.5 Å高的哑铃状突起说明环辛二烯部分是非平面的。同步辐射光电子能谱还确认C–Br键已经断裂，且没有有机金属中间相。继续在约673 K退火后，PCOD链会转变成较平坦、周期约5.0 Å的聚五元环烯（PPTL）链（图1h–l），选择性接近100%。通俗地说，每个八元环部分在热作用下重排成一对五元环，四个sp³碳变成sp²碳，形成新的C–C键并失去6个氢，于是链变平了。高度取向的PPTL链还会倾向于横向靠拢融合。 图 1 | 中间体的表征 CPHNs的结构表征 约773 K退火后，PPTL链会横向“拉链式”融合成更宽的纳米带，通常达到PPTL的双倍宽度，产率约16.7%（图2a）。实验和模拟STM/nc-AFM图像识别出CPHN 1和CPHN 2两种结构（图2b–e），它们只含五元环和七元环，可看作二维碳五七环的直接切出片段，空间群分别为P2/m和Pmc2₁。多步横向融合的最高反应势垒分别约1.25 eV和1.23 eV，与773 K下能够形成相吻合。CPHN 1与CPHN 2的产率比约1:0.9；三倍PPTL宽度的[3]CPHNs也能观察到，但产率仅约0.7%。虽然全局产率有限，含至少6个重复单元的明确CPHN 1/2片段可以重复获得，产率约13.5%，足以做局部输运测量。研究用针尖抬起纳米带一端，构建双电极器件进行测量。10 mV偏压下，CPHN 1的电导达到0.9G₀（G₀=2e²/h≈77.5 μS），并在抬起长度约4 nm内近乎恒定（图2f），表现出接近一个电导量子的近弹道输运。CPHN 2的电导比CPHN 1低约两个数量级，衰减常数约0.33±0.02 nm⁻¹；PPTL更低，衰减常数约3.23±0.02 nm⁻¹。电流–电压曲线中，CPHN 1近线性，CPHN 2有明显零电流区（图2g,h）；数值微分电导给出CPHN 2的零电导隙约232.6 meV，而PPTL约40.7 meV（图2i）。这些结果直观地区分了金属性CPHN 1和半导体性CPHN 2。 图 2 | 在Ag(111)上制备的CPHNs的结构和传输特性 计算电子结构 对自由站立平面PPTL、CPHN 1和CPHN 2进行自旋非极化与自旋极化DFT计算。自旋极化计算表明磁性可忽略，对称性分析也未发现拓扑保护端态。紧束缚模型与DFT能带吻合。关键在对称性：CPHN 2的Pmc2₁空间群在布里渊区X点形成对称保护的Dirac-like点，两条近费米能级近平带源于两条PPTL链间特定跳跃被淬灭；CPHN 1的P2/m没有这种强制简并，次近邻链间跳跃可达−0.766 eV，使两条近费米能级能带重叠，其中B₁带穿过费米能级，于是CPHN 1金属化。输运计算还表明，CPHN 1近费米能级的透射共振来自B₁带量子阱态，波函数沿骨架扩展；电极接触引起的电荷转移和杂化会移动、展宽该共振，可解释实验中近费米能级的电导增强。 图 3 | PPTL 和 CPHNs 的 D