【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，轉(zhuǎn)角石墨烯受到國內(nèi)的關(guān)注。轉(zhuǎn)角石墨烯所具有的大周期莫爾晶格(Moiré pattern)及其所帶來的能帶折疊效應可以誘導出豐富、新奇的電子結(jié)構(gòu)。尤其是在一些特殊的小角度上，電子結(jié)構(gòu)中所出現(xiàn)的平帶會衍生出較多不尋常的現(xiàn)象，如超導、強關(guān)聯(lián)、自發(fā)鐵磁性等。(買儀表，賣儀表就上儀表網(wǎng)！ 查產(chǎn)品、看訂單…一站式全搞定！)
 

　　目前，多數(shù)研究采用機械剝離和逐層轉(zhuǎn)移的物理方法對轉(zhuǎn)角石墨烯樣品進行制備，而該方法存在條件苛刻、產(chǎn)出率低、界面污染等問題。為發(fā)展更加高效的制備技術(shù)，科學家通過對化學氣相沉積法中襯底的設(shè)計，陸續(xù)突破了幾種類型的轉(zhuǎn)角石墨烯的規(guī)模化制備難題。然而，關(guān)于多層石墨烯的轉(zhuǎn)角周期的可控制備方面，尚無比較普適的解決辦法。
 

　　近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院、上海科技大學、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國人民大學和德國慕尼黑工業(yè)大學，尋找到一種石墨烯的折紙方法，可實現(xiàn)高層間周期的轉(zhuǎn)角石墨烯的可控制備。研究發(fā)現(xiàn)，鉑金表面生長的石墨烯會形成一定的褶皺，褶皺長大后向兩旁倒下，并在一些位置撕裂形成一個四重的螺旋位錯中心。褶皺倒下時會折疊其一側(cè)的石墨烯，帶來與褶皺的“手性”角(也就是褶皺的方向與石墨烯晶向的夾角)具有兩倍關(guān)系的單層轉(zhuǎn)角。科學家稱之為“一維手性到二維轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)化關(guān)系”，并利用折紙模型對該現(xiàn)象進行了形象的演示。該研究進一步探討了所形成的螺旋位錯再生長帶來的新奇現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)各層石墨烯會隨著再生長形成具有周期性的四層轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，其中第1、3層與原始石墨烯的晶向相同，而2、4層的晶向由褶皺手性角所決定。因此研究提出了一種新的周期轉(zhuǎn)角多層石墨烯的制備方法，即通過控制石墨烯褶皺形成的方向，制備具有特殊層間轉(zhuǎn)角周期的多層石墨烯。該方法可用于多種可以形成褶皺的其他二維材料。
 

　　相關(guān)研究成果以《通過石墨烯螺旋的一維到二維的生長將手性轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角》(Conversion of Chirality to Twisting via 1D-to-2D Growth of Graphene Spirals)為題，發(fā)表在《自然-材料》(Nature Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院和國家重點研發(fā)計劃等的支持。
 

　　圖1. 石墨烯折紙現(xiàn)象的記錄與演示。(a-d)原位ESEM實驗所記錄的褶皺形成、倒下和再生長的過程；(e-h)相應過程的示意圖；(i-l)利用折紙模型演示褶皺的形成、倒下和再生長。
 

　　圖2. 螺旋位錯附近的再生長過程。(a-d)原位SEM實驗所記錄的多個反向螺旋位錯附近的再生長過程；(e-h)動力學蒙特卡洛對該過程的模擬演示；(i)原子尺度分辨率STM所表征的石墨烯褶皺“手性”角；(j-l)利用折紙模型演示褶皺倒下時形成的螺旋位錯及下層石墨烯出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角；(m-t)螺旋位錯再生長所帶來的四層周期轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)示意圖。
 

　　圖3. 石墨烯螺旋的再生長和合并。(a-f)原位ESEM實驗所記錄的褶皺出現(xiàn)到最終生長成多層轉(zhuǎn)角石墨烯的全過程；(g)TEM表征下的多層轉(zhuǎn)角石墨烯；(h)原子分辨率的多層轉(zhuǎn)角石墨烯表征圖；(i-k)動力學蒙特卡洛對該過程的模擬。
 

　　圖4. 多層螺旋石墨烯和多層堆垛石墨輸運性質(zhì)的區(qū)別。(a)原子力顯微鏡觀察到的螺旋位錯中心；(b-d)輸運性質(zhì)檢測時的實驗設(shè)置；(e-g)多層螺旋石墨烯和多層堆垛石墨的電阻和磁阻隨溫度變化的關(guān)系。