《原子级精准控制!我国首次实现全球最小尺寸的石墨烯折叠》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-09-06
  • 经过多年研究攻关,我国科学家在世界上首次实现了原子级精准控制的石墨烯折叠,这是目前世界上最小尺寸的石墨烯折叠,对构筑量子材料和量子器件等具有重要意义。这一成果今天(6日)在国际学术期刊《科学》上发表。

    首次实现原子级石墨烯可控折叠

    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,相关研究曾两次获得诺贝尔奖。目前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。经过研究攻关,中国科学院物理研究所的研究团队首次实现了对石墨烯纳米结构的原子级精准、按需定制的可控折叠,构筑出一种新型的准三维石墨烯纳米结构。

    中国科学院院士高鸿钧:

    我们通过纳米扫描探针去操纵石墨烯转动,石墨烯是双晶结构,对双晶石墨烯折叠之后,就可以形成异质结。这个异质结本身如果做成器件的话,它就是一个非常有应用前景的量子器件。

    石墨烯“折纸术”应用前景广阔据了解,该研究成果是目前世界上最小尺寸的石墨烯可控折叠。基于这种原子级精准的“折纸术”,还可以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。

    折叠之后,这些新型的二维原子晶体材料有可能由没有超导特性变成(有)超导特性,没有磁性可以变成有磁性。利用这样一些特性的变化去构造功能的量子器件,对未来的应用将会有重要的意义,比如量子计算等等。

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    • 我国科学家借鉴民间的“折纸术”实现了对石墨烯纳米结构的操控。近日,中国科学院物理所高鸿钧研究团队的陈辉博士等人在世界上首次实现了原子级精准控制的石墨烯折叠。这是目前世界上最小尺寸的石墨烯折叠。相关成果日前发表在《科学》杂志上。 在民间有一种“折纸术”。人们通过精妙的手法,把简单的二维纸张变成丰富多彩的三维结构。受这种艺术的启发,折叠操纵经常被巧妙地用在很多科学技术前沿领域,用来构筑形状与功能各异的结构、器件甚至机器,例如生物学领域可以将DNA单链折叠成复杂的二维形状的方法等。在宏观尺度下,受折纸术的启发,科学家已经能够构建出石墨烯功能器件甚至机器模型。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。 陈辉博士等人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。这项工作在国际上首次实现了世界上最小尺寸的、原子级精准控制的、可以按需定制的石墨烯折叠。 陈辉说,基于这种原子级精准的“折纸术”,还可以折叠其他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,研究其新奇物理现象。这项研究对构筑量子材料和量子器件(机器)具有重要的科学与技术上的意义。 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,相关研究曾于1996年和2010年两次获得诺贝尔奖。
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    • 编译者:姜山
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    • 石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系,具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应,石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系,在未来量子信息、量子计算和量子通讯等领域具有广泛的应用前景。如何获得大尺寸单晶石墨烯是石墨烯研究领域的热点和难点,是实现石墨烯工业化应用的基础。虽然利用化学气相沉积方法(CVD)方法已经实现了米级多晶石墨烯薄膜的制备,但是米级单晶石墨烯薄膜技术还未被突破。 最近,在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下,北京大学刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士及其合作者,继2016年首次实现石墨烯单晶的超快生长之后,在米级单晶石墨烯的生长方面再次取得重要进展。研究团队将工业多晶铜箔转化成了单晶铜箔,得到了世界上目前最大尺寸的单晶Cu(111)箔,利用外延生长技术和超快生长技术成功在20分钟内制备出世界最大尺寸(5×50 cm2)的外延单晶石墨烯材料。该研究结果为快速生长米级单晶石墨烯提供了必要的科学依据,为石墨烯单晶量子科技的产业化应用奠定基础。 该研究成果于2017年8月在《科学通报》(Science Bulletin)发表,并被选为封面文章。中国科学院沈阳金属研究所成会明院士同期在Science Bulletin发表重点推荐评论文章。 .