美国Physorg网3月22日报道，美国内布拉斯加大学林肯分校的曾晓成教授和他的同事们在过去五年中使用“PrairieFire计算机”模拟当前未 知的纳米级的物质与结构。冻结时，二维冰会缩小到像金属的硅纳米管，并有四种新的一维冰晶体出现。现在，他们已经模拟出了被他们自己戏称为“纳米指环王” 的一个20个硼原子大小的环，硼原子非常稳定，这些环可以锻造成直径为2.6纳米、任意长度的管子。

    内布拉斯加大学林肯分校（UNL）化学教授薇拉?凯瑟女士说，如果能在实验室中制造硼纳米环的话，曾先生就能打开开发超小和超轻型辐射检测器的大门，甚至 比UNL科学家和工程师2002年研制出来的中子检测装置还要小。这个中子检测手持装置由比一枚一角硬币还要小的硼碳化合物半导体二极管制成，但是却能检 测出隐藏的核原料、监测储藏的核武器，并能用于其它国防安全检查。

    曾教授说，其实，他在2004年哥根哈奖颁奖结束后决定研究硼簇，很大一部分动力来自于他所在团队的两位同事----他们是正在研究硼碳化合物分子簇的物 理学家，一位是内布拉斯加大学林肯分校的彼得-道本教授；另一位是奥马哈分校的梅卫宁教授。曾晓成教授说：“由于彼得-道本和梅卫宁两位教授对硼碳化合物 感兴趣，所以我就决定与他们合作研究硼碳化合物簇，并且我们已经取得了一些进展，如果搞清楚了硼碳化合物族的成分，我们就能将他们的装置做的越来越小。”

    在PrairieFire计算机上研究原子簇的成长模式时，曾教授和他的团队每次只添加一个原子，来观察从一维（线性）到二维（平面）再到三维时成分的变 化。当开始研究硼从平面到三维立体过程时，他们主要针对相当狭小的16个、18个或20个原子的范围。以上估算是以布克米尼斯特?富勒于20世纪80年代 提出的20个原子形成一个完美的三维球体（即所谓的巴基球“buckyballs” ）的预测为基础的，曾教授和他的团队推测，硼和碳都是绝缘体，并且在化学周期表上处于相邻位置（原子数分别为5和6），因此，他们可能有相似的成长模式。 华盛顿州立大学物理学家王来生（Lai-Sheng Wang，音译）教授领导的团队已经进行了15个硼原子构成平面簇的实验，比曾教授实验的硼原子数还要少。

    曾教授说：“我让我的学生Bulusu研究转变问题；我的另一个学生Soohaeng早就编写过计算机程序研究硅簇，我们也能用它还研究硼簇。最开始， Bulusu检测到16个原子组成平面。我们就有点儿不耐烦了，由于碳转变成巴基球（buckyballs）是20个原子，因此我们就直接检测20个原子 了。PrairieFire计算机运行了大约三个月，我们才找到这个三维环----它的结构非常优美。正在这时，正在放映电影《指环王》,因此，我们就将 这个环戏称为“纳米指环王”。

    曾教授重复进行了18个原子的实验，但他们没有找到稳定的三维簇。他说，他们不会进行17个和19个原子的测试，因为奇数不可能组成完美对称的环。

    要看“纳米指环王”是否能在实验室中研制出来，曾教授和他们同事们都找到了在硼簇领域中世界顶级实验者----王教授，曾教授是在哥根哈奖结果上认识王教 授的。然而，王教授和他的团队所进行的实验表明，只能通过添加一个电子到20个硼原子中才能形成一个环结构，否则，就只能看到一个平面结构。这个结果令曾 教授进学生失望，但他并没有气馁。

    他说：“现在，只有两个方法来观察这个纳米指环。一个方法是，像碳20的合成一样，你们必须在实验室中合成，这对实验者是一个挑战。另一个方法就是降低温 度。”他说，在华盛顿州，这个实验已经在室温下做过了。当温度接近绝对0度（即-273摄氏度）时，环境就不会是无序的，他设想的“最稳定的环结构”就会 显现出来。

    英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news3471.html

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