最近，納米領域有個有意思的事情。
IBM的科學家創造出了環碳（cyclocarbon）分子。
這種分子是一種由18個碳原子組成的環，因此，這種分子又被命名為環[18]碳（cyclo[18]carbon）。
環[18]碳示意圖，它如同一個超小的項鍊 | IBM如何做一個碳環
環[18]碳，這名字讀起來像武俠小說中的劍客一樣。
早在1966年，就有學者預測過環碳的結構。隨後，也有間接證據表明，在極端條件下（雷射或者高溫）可以存在一些氣態的環碳[1]。但是，因為氣態的環碳太不穩定，學者們並沒有直接觀察到，也沒法深入研究相關的性質。
近日，來自IBM和牛津大學的科學家，合作創造了由18個碳原子組成的環碳，相關研究成果發表在了《科學》雜誌上。
為了讓這18個碳原子手拉手、心連心，科學家們採用了超低溫條件下的原子操控技術。
在製備中，他們首先合成了一種名為C24O6的碳-氧分子。物如其名，這種分子中包含24個碳原子和6個氧原子。氧原子的存在，提高了整個分子的穩定性。
接下來，他們將這個分子安置在氯化鈉的表面上。之所以選擇氯化鈉，是因為鹽類在低溫下是化學惰性的，不會和活潑的碳-氧分子發生反應。
環碳合成方法，其中第三排為C24O6等系列分子的顯微圖像 | IBM
隨後，科學家們結合掃描隧道顯微鏡（STM）與原子力顯微鏡（AFM）等技術，來對這個分子進行加工。
具體來說，是使用一根極其尖銳的金屬探針，通過在探針尖端施加電流，將C24O6中氧原子逐個敲掉，同時，與氧相連的6個碳原子也會被移除。這樣，就剩下相互連接的18個碳原子，即環[18]碳。
環[18]碳分子的三維圖像 | IBM納米界的扛把子——IBM
在創造環碳的過程中，最大的難點無疑是精確操控原子。這種聽起來近乎幻想的技術，IBM卻早已駕輕就熟。
畢竟，在納米科研的江湖中，IBM是如「帶頭大哥」一般的存在。
操控原子所應用到的核心手段，名為「掃描隧道顯微鏡（STM）」。這項技術就是由IBM的兩位學者格爾德·賓寧和海因裡希·羅雷爾在1981年首創的。
STM的關鍵部件是一根非常細的金屬探針，針尖與物體表面可以形成電流，通過記錄電流的大小與變化，進而可以探測納米級的微觀形貌。
STM的超細探針 | ucla.edu
藉由STM，人類如同打開了一隻「天眼」，將納米世界的紛繁盡收眼底。這項成就也榮獲了1986年諾貝爾物理學獎。
不過，科學家們不止滿足於「看看」，他們更想「動動」。
1990年，又是IBM，他們使用STM將35個氙原子排成了「IBM」三個字母。完成了人類歷史上首次對原子的操控。
原子排列成IBM字母 | IBM
原子操控術除了能創造最新的科學發現，還能用來拍電影。2013年，IBM使用幾十個原子，拍攝了一部世界最小的電影。
這部名為《小男孩和他的原子》（A boy and his atom）的電影由242幀圖片組成，內容講述了一個（原子級）小男孩玩（原子）皮球的故事。
原子電影A boy and his atom海報 | phys.org
如今，環碳的製備，完全得益於IBM在納米領域數十年的技術積累。
環碳有什麼用？
環碳有了，但它有什麼意義呢？
首先，環[18]碳的出現，解答了學者們長久以來的一個疑問——環碳中的原子是怎麼連接的？
以前的理論預測是：在環碳中，每個碳原子以雙鍵的形式與旁邊的碳原子進行連接。
但本次研究發現：環碳原子連接方式是單鍵和三鍵交替連接（alternating triple and single bonds）。
環碳原子單鍵-三鍵交替連接示意圖 | Wikimedia Commons
根據以往經驗，新形式的碳總會給人帶來驚喜——富勒烯和石墨烯，都得到了諾貝爾獎。
但目前來看，環碳應該不行。因為它還沒有帶來重大的理論突破。現如今，我們只知道環碳是一種半導體。此外，這種分子極其不穩定，製備方法又太難，別的研究人員無法深入展開研究。
科學家們自己也說，下一步的實驗計劃是「探索出能穩定，高效製備環碳的方法」[2]。
他們還有個計劃，希望以環碳為組件，去做出一些更複雜碳分子[2]。
現階段，環碳對於廣大群眾的意義也不是很大。最大的影響，可能是明年的中考高考及各類化學競賽裡可能會出現這樣一道題——
請問，環[18]碳中原子的連接方式是_____？
（編輯：Yuki）