石墨烯的精細結構研究取得進展

文章來源:上海高等研究院  |  發布時間:2019-10-29  |  【打印】 【關閉

  

近日,張江實驗室上海光源科學中心胡鈞研究員、張益研究員與上海大學環境與化學工程學院的石國升研究員合作,發現了石墨烯的非常規原子結構,相關研究結果以 "Unconventional Atomic Structure of Graphene Sheets on solid Substrates" 爲題發表在Small 封面上 (Small 2019, 15, 1902637). 同時該研究成果被wiley 旗下 Advanced Materials 雜志列爲“Hot Topic” (carbon\ graphite\ graphene) 文章之一(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1521-4095.hottopic-carbon). 

無支撐石墨烯free-standing graphene的碳原子以sp2 雜化軌道組成周期爲2.5 ? 的六元環平面蜂窩形結構,通常此結構被認爲是石墨烯唯一的原子級周期結構並且決定了石墨烯的物理、化學等性質。近日,該團隊報道了一個全新的發現:利用高分辨原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描隧道顯微鏡 (STM) 觀察到機械剝離的石墨烯在非同源基底上可以自發地形成周期爲5 ?的斜方晶結構,這種新的原子級結構可以通過人爲地施加電場控制産生。重要的是可以通過調控成像力的大小來實現石墨烯5 ?斜方晶結構和本征的2.5 ?六元環结构之间的连续可逆性转换。第一性原理计算表明,这种非常规的结构可以归因于石墨烯表面和基底之间的偶极子,该偶极子产生界面电场并引起石墨烯表面上的碳原子重新排列。作为应用,实验结果表明该斜方晶格可以控制淀粉样蛋白的外延自组装行为。 

還需指出的是,在目前的研究中,固體底上石墨烯結構中如此明顯的原子級變化通常被忽略,然而這對于全面地理解石墨烯獨特的電學,機械學和熱學性質非常重要。該發現揭示了新的石墨烯原子結構,這對于獲得以石墨烯爲基礎的電子設備的優異性能是非常關鍵的,並且爲操縱石墨烯晶格開辟了新途徑。 

文章的第一作者为张江实验室上海光源科学中心张金金博士,共同第一作者为上海应用物理研究所杨一舟博士。该工作得到了国家自然科学基金委、中國科學院的资助。