我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)原子級(jí)石墨烯可控折疊

    探索新型低維碳納米材料及其新奇物性是世界前沿的科學(xué)問(wèn)題之一。二維的石墨烯晶格結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是其他眾多碳納米結(jié)構(gòu)的母體材料，受局域空位、增原子、邊界等缺陷結(jié)構(gòu)的影響，在單原子層次上精準(zhǔn)構(gòu)筑和調(diào)控基于石墨烯的低維碳納米結(jié)構(gòu)仍存在巨大挑戰(zhàn)。

    最近，北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心高鴻鈞研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)石墨烯精準(zhǔn)可控折疊，構(gòu)筑出一種新型的準(zhǔn)三維石墨烯納米結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由二維旋轉(zhuǎn)堆垛雙層石墨烯納米結(jié)構(gòu)與一維的類碳納米管結(jié)構(gòu)組成。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)掃描探針操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了五項(xiàng)突破：一是石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精準(zhǔn)折疊與解折疊；二是同一個(gè)石墨烯結(jié)構(gòu)沿任意方向的反復(fù)折疊；三是堆疊角度精確可調(diào)的旋轉(zhuǎn)堆垛的雙層石墨烯納米結(jié)構(gòu)；四是準(zhǔn)一維碳納米管納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑；五是雙晶石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控折疊及其異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑。應(yīng)用掃描隧道譜與第一性原理，確定了折疊石墨烯納米結(jié)構(gòu)的精確原子構(gòu)型與局域電子態(tài)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由石墨烯可控折疊得到的準(zhǔn)一維納米管異質(zhì)結(jié)具有不同的電子性質(zhì)。

    該工作是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)控制、按需定制的石墨烯折疊，是目前世界上最小尺寸的石墨烯“折紙術(shù)”。該技術(shù)可用于折疊其它新型二維原子晶體材料和復(fù)雜的疊層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備出功能納米結(jié)構(gòu)及其量子器件，對(duì)未來(lái)包括量子計(jì)算在內(nèi)的應(yīng)用將會(huì)有重要的意義。該研究成果近期發(fā)表在Science上。