科學(xué)家制備出可控手性石墨烯卷成功讓二維材料“卷起來”

2025-02-26 11:13:18

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供稿：網(wǎng)友

日前，我國(guó)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(jì)算和自旋電子器件的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)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(duì)取得的這一研究成果近日發(fā)表在國(guó)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(duì)于推動(dòng)光學(xué)器件、自旋電子學(xué)和量子計(jì)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。

天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(dú)特的應(yīng)用潛力。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，電子主要沿著石墨烯卷的一側(cè)移動(dòng)，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(xiàng)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(xiàng)技術(shù)有望在自旋電子器件、量子計(jì)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(dú)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。

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