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我國科學(xué)家制備出可控手性石墨烯卷

發(fā)布時間:2025-02-26

日前,我國科學(xué)家開發(fā)了一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù),成功讓二維材料“卷起來”,制備出具有可控手性的石墨烯卷,為未來量子計算和自旋電子器件的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

由天津大學(xué)教授胡文平、雷圣賓、李奇峰和副教授沈永濤帶領(lǐng)團(tuán)隊取得的這一研究成果近日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然·材料》上。

手性是指物體與其鏡像不能完全重合的特性,就像人的左右手互為鏡像卻不能完全重合。在材料科學(xué)領(lǐng)域,手性材料的開發(fā)對于推動光學(xué)器件、自旋電子學(xué)和量子計算等前沿技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

石墨烯作為一種經(jīng)典的二維材料,其電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),但石墨烯本身是無手性的。科學(xué)家們嘗試通過卷曲等方式將手性引入石墨烯和其他二維材料中,以探索其潛在的新特性和應(yīng)用。目前,能夠?qū)崿F(xiàn)自旋電子學(xué)功能的手性二維材料非常有限,且缺乏普適的制備方法。

  圖為手性石墨烯卷的形成示意圖。(受訪者供圖)

天津大學(xué)研究團(tuán)隊針對這一難題開發(fā)了一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù),能夠以可控的角度卷曲石墨烯,從而制備出具有特定手性的石墨烯卷。

實驗結(jié)果表明,制備出的左旋和右旋石墨烯卷表現(xiàn)出顯著的光學(xué)活性和優(yōu)異的自旋選擇性效應(yīng)。通過精確控制手性角度,研究人員還實現(xiàn)了手性誘導(dǎo)的自旋選擇性調(diào)控,這一特性使石墨烯卷在自旋電子學(xué)領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用潛力。

此外,研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn),電子主要沿著石墨烯卷的一側(cè)移動,從而產(chǎn)生優(yōu)先自旋極化。這種手性誘導(dǎo)的自旋選擇性效應(yīng)為開發(fā)高效的自旋濾波器和自旋電子器件提供了新的可能性。

“這項研究成果不僅為非手性二維材料的手性調(diào)控提供了一種通用方法,還為探索量子行為和開發(fā)室溫自旋電子技術(shù)開辟了新的方向。”雷圣賓介紹,未來,這項技術(shù)有望在自旋電子器件、量子計算、光學(xué)器件、材料科學(xué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超越傳統(tǒng)碳材料的獨特功能,也為自旋電子學(xué)和量子技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。(記者張建新、栗雅婷)

來源:新華網(wǎng)

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