中國科學家實現石墨烯納米結構原子級精準可控折疊

原子級精確石墨烯折紙術構筑三維石墨烯納米結構?！≈锌圃?供圖　

國際首次！中國科學家實現石墨烯納米結構原子級精準可控折疊

中新網北京9月6日電 (記者 孫自法)中國科學院6日發布消息說，該院物理研究所高鴻鈞院士領導的研究團隊，最近在國際上首次實現了原子級精準控制的石墨烯納米結構折疊，這是目前世界上最小尺寸的、可按需定制的石墨烯“折紙”。


折疊方向精確控制以及角度連續可調的旋轉堆垛雙層石墨烯的構筑?！≈锌圃?供圖

中國科學家在石墨烯領域完成的這一重要研究成果，北京時間當天凌晨獲權威國際學術期刊《科學》雜志發表。

據了解，探索新型低維碳納米材料及其新奇物性一直是當今科技領域的前沿科學問題之一，而二維的石墨烯晶格結構被認為是其他眾多的碳納米結構的母體材料。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，但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，具有極大挑戰性。


手性結構與電子態精確可調的類一維碳納米邊界結構的構筑?！≈锌圃?供圖 攝

受折紙藝術的啟發，折疊操縱經常被巧妙地用于很多科學技術前沿領域。最近，高鴻鈞院士研究團隊的陳輝博士等人通過科研攻關，在世界上首次實現了對石墨烯納米結構的原子級精準的可控折疊，構筑出一種新型的準三維石墨烯納米結構，它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。


折疊雙晶石墨烯納米片精確構筑異質結結構?！≈锌圃?供圖

研究團隊通過掃描探針操控技術，具體實現了五方面突破：一是石墨烯納米結構的原子級精準折疊與解折疊；二是同一個石墨烯結構沿任意方向的反復折疊；三是堆疊角度精確可調的旋轉堆垛的雙層石墨烯納米結構；四是準一維碳納米管納米結構的構筑；五是雙晶石墨烯納米結構的可控折疊及其異質結的構筑。研究團隊還發現，通過石墨烯“納米折紙術”得到的準一維納米管異質結具有不同的能帶排列方式。


掃描探針效果示意圖?！≈锌圃?供圖

中國科學家在國際上首次實現原子級精準的、按需定制的、目前世界上最小的石墨烯“折紙”這項成果，還可以用于構筑其他新型二維原子晶體材料的折疊納米結構及其異質結量子器件、構筑多種二維原子晶體材料的復雜折疊結構及其異質結量子器件、原位干凈地研究所折疊結構的物理特性等，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，同時也對構筑新型量子材料與量子器件(機器)及其應用具有重要的科學意義。(完)