最近一期的科學雜志“低碳”上，研究人員在文中探討這種新型碳同素異形體的結構 - ，并認為它很可能發展成為促進電子產業重大進展的材料。

該計劃同時也是阿拉伯聯合酋長國（阿拉伯聯合酋長國）政府因應2017年9月啟動“第四次工業命“（Fourth Industrial Revolution）政策所需創新與未來技術的一部分。

美國核子化學家兼Alfields首席科學家Larry Burchfield說：“protomene碳同素異形體及其重要的特性，一直是具前瞻性思維的創新人員和制造商在近幾十年來的愿望清單，而現在我們將真正實現這種材料“。

最終為半導體，光電，涂料和節能等領域帶來了十分有利的影響力。”

Alfields說，這可能是自諾貝爾獎得主Robert F. Curl Jr.，Sir Harold W. Krotoand和Richard E. Smalley發現富勒烯（fullerenes）以來的第一個新的碳同素異形體類型，同時也是自2010年諾貝爾獎得主Andre Geim與Konstantin Novoselov發現石墨烯以來最重大的進展。

研究人員并進一步與位于阿布扎比的哈利法科技大學（Khalifa University of Science and Technology）合作，共同展開實際制造protomene的下一階段計劃。

Protomene經證實是一種極具潛力的新型直接能隙半導體。其能隙（band gap）十分接近于GaN--在室溫下，GaN的能隙約為3.4eV。因此，protomene擁有與GaN類似的半導體特性，使其能夠應用于具有高擊穿電壓的高功率和/或高頻電子組件。

不過，由于氮化鎵是一種二位的化合物，在其晶體生長過程中不易控制成份，而protomene則是單元素的碳同素異形體，對于缺陷的掌握度可能比的GaN更好。由于間隙幅度位于可見光譜的藍色端附近，protomene可望在光電組件中找到新的應用，例如產生LED的藍光或紫外光（UV），或是作為光學用的UV濾光器。

此外，以能隙的觀點來看，protomene可能比碳納米管和石墨烯更適用于許多半導體組件中。事實上，無論是金屬還是半導體，目前制造碳納米管的障礙之一就在于對其進行控制。相反地，Protomene預計將會是一種隨溫度變化的半導體。

探索新的同素異形體

protomene的熱膨脹很可能會發生在板間的結合上。當溫度升高時，從低溫半導體的48原子單元結構，轉變為高溫金屬的24原子單元結構特性，可能發生結構相變。隨著相變的發生，能隙將迅速收斂，其速度甚至比在鉆石和硅中的衰變和熱膨脹更快得多。

因此，這種相變將提供靈敏的溫度控制光學濾波器。最終并轉變為protomene的高溫無二聚體金屬，同時還具有潛力實現溫度控制光電開關等應用。

幾十年來，追求新的碳同位素，已成為日益積極活躍的研究領域了。碳同素異形體具有各種結構和電子特性，促進了廣泛的研究興趣。

碳通常具有三種極具競爭力的不同軌域混成類型--sp，SP2和SP3。這可讓碳原子分別以多種不同的方式相互結合。

sp3的配置產生具有絕緣特性和高剛度的三維（3D）網絡，如立方體和六角形鉆石。相對地，sp（線性）和sp2（平面）混成則實現靈活的結構，如卡拜石墨烯，這些結構通常具有小的電子帶間能隙或甚至是金屬特性。中間混成也很常見，例如富勒烯和納米管。

protomene是一種基于結合SP2和SP3混成的全新穩定碳結構，其中24個原子中的6個能夠采用完全平面的sp2的幾何形狀，因而能從平面中移出，而與下一個垂直堆棧晶格中的配對原子形成相對較弱的鍵。這種額外的鍵合形成將使總能量每鍵降低約1電子伏特，從而引起電子特性的明顯改變。

編譯：Susan Hong

文章來源：eMedia Asia Ltd.