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14
2012-06
科学家实现石墨烯纳米结构原子级精准的可控折叠
中国粉体网讯 ?索求新型低维碳纳米资料及其别致物性一向是当今科技领域的前沿科学问题之一。二维的石墨烯晶格结构被以为是其他多多的碳纳米结构的母体资料。例如，将石墨烯结构沿着某一方向卷曲能够形成一维的碳纳米管，将拥有五元环和七元环石墨烯结构弯曲成球型结构即可形成富勒烯。石墨烯在未来纳米学器件的利用，必要构筑拥有三维描摹与精确复杂的新型职能化石墨烯纳米结构。目前在单原子档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。 ? “折纸术”是一种把纸张折出各类特定状态和花腔的艺术。艺术家们通过精妙的手法，把单一与单调的二维纸张造成丰硕多彩的三维结构。受这种艺术的启发，折叠把持时时被奇妙地用在好多科学技术前沿领域，用来构筑状态与职能各别的结构、器件甚至机械，例如生物学领域能够将DNA单链折叠成复杂的二维状态。在宏观尺度下，受折纸术的启发，科学家已经可能构建出石墨烯职能器件甚至机械模型。理论预测发现，在原子尺度，通过对石墨烯的弯崎岖叠，能够构筑出拥有别致电子学个性的纳米结构。然而，石墨烯弯曲结构的电子学性质容易受到局域的空位、增原子、天堑等缺点结构的影响。在单原子尺度精确地折叠石墨烯，出格是凭据特殊必要沿特定方向对石墨烯进行折叠，拥有极大的挑战性。 ? 最近，中国科学院院士、中国科学院物理钻研所钻研员高鸿钧团队的陈辉等人初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。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。他们通过扫描探针操控技术实现了：（1）石墨烯纳米结构的原子级精准折叠与解折叠；（2）统一个石墨烯结构沿肆意方向的反复折叠；（3）堆叠角度精确可调的旋转堆垛的双层石墨烯纳米结构；（4）准一维碳纳米管纳米结构的构筑；（5）双晶石墨烯纳米结构的可控折叠及其异质结的构筑。他们利用扫描隧路谱与第一性道理推算确定折叠石墨烯的纳米结构的精确原子构型与局域电子态结构，发现通过石墨烯“纳米折纸术”得到的准一维纳米管异质结拥有分歧的能带分列方式。 ? 该工作在国际上初次实现了原子级精准节造、按需定造的石墨烯折叠，这是目前世界上最幼尺寸的石墨烯折叠；谡庵衷蛹毒嫉摹罢壑绞酢，还能够折叠其它新型二维原子晶体资料和复杂的叠层结构，进而造备出职能纳米结构及其量子器件，钻研其别致物理景象。例如，索求魔角旋转堆垛双层二维原子晶体资料的超导电性、拓扑个性和磁性，以及钻研一维异质结的输运性质及其利用等。该钻研工作对构筑量子资料和量子器件（机械）拥有沉要的科学与技术上的意思。? ? 陈辉、张现利和张余洋为论文共同第一作者，杜世萱与高鸿钧为共同通讯作者。美国马里兰大学教授欧阳敏、范德堡大学S. T. Pantelides参加了会商合作。该钻研成就以Atomically precise, custom-design origami graphene nanostructures 为题，于9月6日颁发在美国《科学》杂志上(Science 365, 1036 (2019))。
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