石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面二維材料，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)受到廣泛關(guān)注。然而，石墨烯零能隙的特點(diǎn)在一定程度上限制了其在電子學(xué)器件中的應(yīng)用。研究表明，制備具有一定寬度的石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)能隙打開(kāi)的有效方法之一，且能隙、邊緣態(tài)等電子學(xué)性質(zhì)隨納米帶寬度和取向可調(diào)。石墨烯納米帶因在納米電子學(xué)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力而成為新一代電子器件的重要候選材料。最近，中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鐘定永研究組與合作者首次在實(shí)驗(yàn)上得到了含有周期性四八元環(huán)的新型石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)并對(duì)其電子學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入研究。相關(guān)成果發(fā)表在《自然：通訊》（Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms14924）。
（左上）含有周期性四八元環(huán)嵌入的納米帶結(jié)構(gòu)示意圖；（右上）納米帶的高分辨原子力顯微鏡圖像；
（下）不同偏壓下掃描隧道顯微鏡圖像呈現(xiàn)出納米帶最高占據(jù)態(tài)和最低未占據(jù)態(tài)的空間分布。
石墨烯納米帶的電子學(xué)性質(zhì)能夠通過(guò)精確控制納米帶的寬度和邊緣結(jié)構(gòu)、不同元素的摻雜和異質(zhì)結(jié)的形成來(lái)進(jìn)行有效調(diào)控。鐘定永課題組與合作者首次實(shí)現(xiàn)了納米帶中四八元環(huán)的可控嵌入，并通過(guò)非六元環(huán)的引入調(diào)控其電子學(xué)性質(zhì)。相比于六元環(huán)，非六環(huán)在結(jié)構(gòu)上往往不穩(wěn)定，這使得非六元環(huán)的可控嵌入極具挑戰(zhàn)性。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精心設(shè)計(jì)前驅(qū)體分子，在金屬表面原位合成了非六元環(huán)結(jié)構(gòu)，利用分子限域效應(yīng)保護(hù)納米帶邊緣，從而得到了含有四八元環(huán)的石墨烯納米帶。這種周期性分布的平面化非六元環(huán)結(jié)構(gòu)可以被高分辨掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡直接觀(guān)察到。通過(guò)掃描隧道譜并結(jié)合密度泛函理論研究發(fā)現(xiàn)，四八元環(huán)作為一種拓?fù)淙毕菘梢杂行У馗淖兗{米帶的電子學(xué)性質(zhì)，證實(shí)了非六元環(huán)的引入是調(diào)控納米帶電子結(jié)構(gòu)的有效方法。具有周期性四八元環(huán)嵌入的石墨烯納米帶為研究非六元環(huán)對(duì)電子學(xué)輸運(yùn)和磁學(xué)性質(zhì)的影響提供了新的實(shí)驗(yàn)思路。
論文的第一作者為中山大學(xué)物理學(xué)院博士研究生劉美壯。合作者包括國(guó)家納米科技中心裘曉輝教授研究組、中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院王嬌炳教授研究組和物理學(xué)院鄭躍教授。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助，計(jì)算模擬工作得到了國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心的支持。
論文鏈接： http://www.nature.com/articles/ncomms14924
