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中国科学家实现石墨烯纳米结构原子级精准可控折叠

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  国际首次!中国科学家实现石墨烯纳米结构原子级精准可控折叠

  中新网北京9月6日电 (记者 孙自法)中国科学院6日发布消息说,该院物理研究所高鸿钧院士领导的研究团队,最近在国际上首次实现了原子级精准控制的石墨烯纳米结构折叠,这是目前世界上最小尺寸的、可按需定制的石墨烯“折纸”。

折叠方向精确控制以及角度连续可调的旋转堆垛双层石墨烯的构筑。 中科院/供图 摄
折叠方向精确控制以及角度连续可调的旋转堆垛双层石墨烯的构筑。 中科院/供图

  中国科学家在石墨烯领域完成的这一重要研究成果,北京时间当天凌晨获权威国际学术期刊《科学》杂志发表。

  据了解,探索新型低维碳纳米材料及其新奇物性一直是当今科技领域的前沿科学问题之一,而二维的石墨烯晶格结构被认为是其他众多的碳纳米结构的母体材料。理论预测发现,在原子尺度,通过对石墨烯的弯曲折叠,可以构筑出具有新奇电子学特性的纳米结构,但在单原子尺度精确地折叠石墨烯,特别是根据特殊需要沿特定方向对石墨烯进行折叠,具有极大挑战性。

手性结构与电子态精确可调的类一维碳纳米边界结构的构筑。 中科院/供图 摄
手性结构与电子态精确可调的类一维碳纳米边界结构的构筑。 中科院/供图 摄

  受折纸艺术的启发,折叠操纵经常被巧妙地用于很多科学技术前沿领域。最近,高鸿钧院士研究团队的陈辉博士等人通过科研攻关,在世界上首次实现了对石墨烯纳米结构的原子级精准的可控折叠,构筑出一种新型的准三维石墨烯纳米结构,它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。

折叠双晶石墨烯纳米片精确构筑异质结结构。 中科院/供图 摄
折叠双晶石墨烯纳米片精确构筑异质结结构。 中科院/供图

  研究团队通过扫描探针操控技术,具体实现了五方面突破: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。研究团队还发现,通过石墨烯“纳米折纸术”得到的准一维纳米管异质结具有不同的能带排列方式。

扫描探针效果示意图。 中科院/供图 摄
扫描探针效果示意图。 中科院/供图

  中国科学家在国际上首次实现原子级精准的、按需定制的、目前世界上最小的石墨烯“折纸”这项成果,还可以用于构筑其他新型二维原子晶体材料的折叠纳米结构及其异质结量子器件、构筑多种二维原子晶体材料的复杂折叠结构及其异质结量子器件、原位干净地研究所折叠结构的物理特性等,进而制备出功能纳米结构及其量子器件,研究其新奇物理现象,同时也对构筑新型量子材料与量子器件(机器)及其应用具有重要的科学意义。(完)

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