我科學家實現石墨烯原子級精准“折紙”

記者 齊芳

2019年09月07日09:48  來源:光明日報
 
原標題:我科學家實現石墨烯原子級精准“折紙”

掃描探針效果示意圖。中科院物理所供圖

石墨烯是一種被科學家寄予厚望的新型材料,探索新型低維碳納米材料及其新奇物性是當今科技領域的前沿科學問題之一。日前,中國科學院物理研究所高鴻鈞研究團隊的陳輝等人首次實現了對石墨烯納米結構的原子級精准的可控折疊,構筑出一種新型的准三維石墨烯納米結構。

這一工作在國際上首次實現了原子級精准控制、按需定制的石墨烯折疊,也是目前世界上最小尺寸的石墨烯折疊,成果6日發表在國際知名學術期刊《科學》上。

在折紙藝術家的手中,一張簡單的白紙能變成活靈活現的動物。對科學家而言,這意味著材料實現了從二維到三維的空間轉化。如今,這種折疊操縱經常被巧妙地用在很多科學技術前沿領域,用來構筑形狀與功能各異的結構、器件甚至機器——隻不過是在更微觀的尺度下進行,例如DNA的折疊。

陳輝介紹,就石墨烯而言,理論預測發現,在原子尺度,通過對石墨烯的彎曲折疊,可以構筑出具有新奇電子學特性的納米結構。然而,石墨烯彎曲結構的電子學性質容易受到局域的空位、增原子、邊界等缺陷結構的影響。在單原子尺度精確地折疊石墨烯,特別是根據特殊需要沿特定方向對石墨烯進行折疊,具有極大的挑戰性。

研究團隊利用掃描探針操控技術,構筑出一種新型的准三維石墨烯納米結構,該結構由二維旋轉堆垛雙層石墨烯納米結構與一維的類碳納米管結構組成。科研人員還發現,通過石墨烯“納米折紙術”能夠得到的准一維納米管異質結具有不同的能帶排列方式,這意味著它還可以用來構建其他新型的石墨烯器件。

有評論認為,基於這種原子級精准的“折紙術”,還可以折疊其他新型二維原子晶體材料和復雜的疊層結構,進而制備出功能納米結構及其量子器件,研究其新奇物理現象。例如,探索魔角旋轉堆垛雙層二維原子晶體材料的超導電性、拓扑特性和磁性,以及研究一維異質結的輸運性質及其應用等。該研究工作對構筑新型量子材料和量子器件(機器)具有重要的科學與技術上的意義。

(責編:谷妍、鄧楠)

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