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我国科学家实现原子级石墨烯可控折叠

发布日期:2019-10-14 13:10 来源:科技部
  探索新型低维碳纳米材料及其新奇物性是世界前沿的科学问题之一。二维的石墨烯晶格结构被认为是其他众多碳纳米结构的母体材料,受局域空位、增原子、边界等缺陷结构的影响,在单原子层次上精准构筑和调控基于石墨烯的低维碳纳米结构仍存在巨大挑战。
  最近,北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧研究团队首次实现了原子级石墨烯精准可控折叠,构筑出一种新型的准三维石墨烯纳米结构。该结构由二维旋转堆垛双层石墨烯纳米结构与一维的类碳纳米管结构组成。研究团队通过扫描探针操控技术实现了五项突破:一是石墨烯纳米结构的原子级精准折叠与解折叠;二是同一个石墨烯结构沿任意方向的反复折叠;三是堆叠角度精确可调的旋转堆垛的双层石墨烯纳米结构;四是准一维碳纳米管纳米结构的构筑;五是双晶石墨烯纳米结构的可控折叠及其异质结的构筑。应用扫描隧道谱与第一性原理,确定了折叠石墨烯纳米结构的精确原子构型与局域电子态结构,发现由石墨烯可控折叠得到的准一维纳米管异质结具有不同的电子性质。
  该工作是国际上首次实现原子级精准控制、按需定制的石墨烯折叠,是目前世界上最小尺寸的石墨烯“折纸术”。该技术可用于折叠其它新型二维原子晶体材料和复杂的叠层结构,进而制备出功能纳米结构及其量子器件,对未来包括量子计算在内的应用将会有重要的意义。该研究成果近期发表在Science上。