【儀表網 研發快訊】近年來，轉角石墨烯受到國內的關注。轉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、新奇的電子結構。尤其是在一些特殊的小角度上，電子結構中所出現的平帶會衍生出較多不尋常的現象，如超導、強關聯、自發鐵磁性等。(買儀表，賣儀表就上儀表網！ 查產品、看訂單…一站式全搞定！)
 

　　目前，多數研究采用機械剝離和逐層轉移的物理方法對轉角石墨烯樣品進行制備，而該方法存在條件苛刻、產出率低、界面污染等問題。為發展更加高效的制備技術，科學家通過對化學氣相沉積法中襯底的設計，陸續突破了幾種類型的轉角石墨烯的規模化制備難題。然而，關于多層石墨烯的轉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研究院、上海科技大學、中國科學院上海微系統與信息技術研究所、中國人民大學和德國慕尼黑工業大學，尋找到一種石墨烯的折紙方法，可實現高層間周期的轉角石墨烯的可控制備。研究發現，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)具有兩倍關系的單層轉角。科學家稱之為“一維手性到二維轉角的轉化關系”，并利用折紙模型對該現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象，并發現各層石墨烯會隨著再生長形成具有周期性的四層轉角結構，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化為轉角》(Conversion of Chirality to Twisting via 1D-to-2D Growth of Graphene Spirals)為題，發表在《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計劃等的支持。
 

　　圖1. 石墨烯折紙現象的記錄與演示。(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的轉角；(m-t)螺旋位錯再生長所帶來的四層周期轉角結構示意圖。
 

　　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到最終生長成多層轉角石墨烯的全過程；(g)TEM表征下的多層轉角石墨烯；(h)原子分辨率的多層轉角石墨烯表征圖；(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的區別。(a)原子力顯微鏡觀察到的螺旋位錯中心；(b-d)輸運性質檢測時的實驗設置；(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系。