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世界首次!我国实现原子级石墨烯可控折叠

作者:管理员

经多年研究攻关,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。这一成果今天在国际学术期刊《科学》上发表。

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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:这个就是纳米扫描探针,我们通过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。

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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。

中国科学院院士高鸿钧: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。

石墨烯是什么?

石墨烯结构一直被认为是理论模型,难以单独稳定存在,直到2004年英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫通过简单的“机械剥离法”,利用“胶带”从石墨表面“撕”出了单层的碳材料——石墨烯,证实了它可以单独存在。这两位科学家也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”,摘得了2010年诺贝尔物理学奖的桂冠。

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                                    2004年,安德烈从石墨中剥离单层石墨烯的工具——石墨、石墨烯晶体管和胶带分离器

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                                             2010年诺贝尔新闻发布会上的安德烈(右)和康斯坦丁(左)

石墨烯是单原子层的二维晶体材料,是人们发现的第一种由单层原子构成的材料,也是结构最为简单的碳材料。铅笔里用的石墨可以看作由石墨烯层层堆叠而成,因此,石墨烯也被视作“单层石墨”。

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                             石墨烯是由碳原子组成的原子级蜂窝晶格

石墨烯是目前已知的世界上最薄、最强、导热性最好且拥有强大柔韧性的纳米材料:它可以薄到只有一个碳原子的厚度,1毫米厚的石墨薄片能剥离出300万片石墨烯;它的强度比钢还要高100倍;它也有优异的导电性;还具有在可见光下透明但不透气等特殊的性质。

由于身怀诸多“绝技”,“出世”仅10多年的石墨烯已引无数科学家竞折腰,它可用来制造透明触摸屏、超灵敏的传感器、电池、发光二极管(LED)等;还可用来制造防弹衣、航空航天材料;并有可能成为硅的替代品,在半导体领域“大显身手”。

                                                                                                                     (来源-共青团中央)