記者2月25日從天津大學(xué)獲悉，該校3位教授胡文平、雷圣賓和李奇峰合作開發(fā)出一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù)。該技術(shù)能夠讓石墨烯“卷”起來，并精確控制其“卷曲方向”，制備出具有可控手性的石墨烯卷。這一突破不僅為二維材料的手性調(diào)控提供了全新思路，還為未來量子計(jì)算和自旋電子器件的發(fā)展鋪平了道路。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·材料》。
手性，簡單說就是“左右不對稱”，就像左手和右手，看起來很像，但無法完全重合。在自然界中，手性無處不在，從分子到材料，手性結(jié)構(gòu)往往具有獨(dú)特的光學(xué)、電子和化學(xué)性質(zhì)。比如，某些手性分子在藥物中可能表現(xiàn)出完全不同的藥效，甚至一種有效，另一種有毒。
作為一種“明星材料”，石墨烯因超高電導(dǎo)率、超強(qiáng)機(jī)械性能和穩(wěn)定化學(xué)特性成為科學(xué)界的“寵兒”。然而，石墨烯本身是“對稱”的，沒有手性。近年來，科學(xué)家們嘗試通過“卷曲”石墨烯等方式，賦予其手性特性，以探索其在光學(xué)器件、自旋電子學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域的潛力。但如何精確控制石墨烯的“卷曲方向”，一直是個(gè)難題。
天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“石蠟輔助浸入法”巧妙解決了這一難題。研究團(tuán)隊(duì)首先在單晶石墨烯表面涂上一層石蠟，然后將其轉(zhuǎn)移到硅基板上。接著，他們將樣品垂直浸入異丙醇中，利用溶劑的表面張力，讓石墨烯“自動卷曲”成管狀結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸入速度和溶劑極性，他們可以精確控制石墨烯的“卷曲角度”，從而調(diào)控其手性特性。
這種方法不僅簡單高效，還能推廣到其他二維材料中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，制備出的左旋和右旋石墨烯卷表現(xiàn)出顯著的光學(xué)活性和自旋選擇性效應(yīng)。在室溫下，這些石墨烯卷的自旋極化率超過90%，遠(yuǎn)超其他碳材料。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，電子在石墨烯卷中主要沿著“卷曲”的一側(cè)移動，從而產(chǎn)生優(yōu)先自旋極化。自旋電子器件利用電子的自旋特性，有望實(shí)現(xiàn)更高效、更低能耗的信息處理。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可能。
“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。”雷圣賓說。
記者2月25日從天津大學(xué)獲悉，該校3位教授胡文平、雷圣賓和李奇峰合作開發(fā)出一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù)。該技術(shù)能夠讓石墨烯“卷”起來，并精確控制其“卷曲方向”，制備出具有可控手性的石墨烯卷。這一突破不僅為二維材料的手性調(diào)控提供了全新思路，還為未來量子計(jì)算和自旋電子器件的發(fā)展鋪平了道路。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·材料》。
手性，簡單說就是“左右不對稱”，就像左手和右手，看起來很像，但無法完全重合。在自然界中，手性無處不在，從分子到材料，手性結(jié)構(gòu)往往具有獨(dú)特的光學(xué)、電子和化學(xué)性質(zhì)。比如，某些手性分子在藥物中可能表現(xiàn)出完全不同的藥效，甚至一種有效，另一種有毒。
作為一種“明星材料”，石墨烯因超高電導(dǎo)率、超強(qiáng)機(jī)械性能和穩(wěn)定化學(xué)特性成為科學(xué)界的“寵兒”。然而，石墨烯本身是“對稱”的，沒有手性。近年來，科學(xué)家們嘗試通過“卷曲”石墨烯等方式，賦予其手性特性，以探索其在光學(xué)器件、自旋電子學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域的潛力。但如何精確控制石墨烯的“卷曲方向”，一直是個(gè)難題。
天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“石蠟輔助浸入法”巧妙解決了這一難題。研究團(tuán)隊(duì)首先在單晶石墨烯表面涂上一層石蠟，然后將其轉(zhuǎn)移到硅基板上。接著，他們將樣品垂直浸入異丙醇中，利用溶劑的表面張力，讓石墨烯“自動卷曲”成管狀結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整浸入速度和溶劑極性，他們可以精確控制石墨烯的“卷曲角度”，從而調(diào)控其手性特性。
這種方法不僅簡單高效，還能推廣到其他二維材料中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，制備出的左旋和右旋石墨烯卷表現(xiàn)出顯著的光學(xué)活性和自旋選擇性效應(yīng)。在室溫下，這些石墨烯卷的自旋極化率超過90%，遠(yuǎn)超其他碳材料。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，電子在石墨烯卷中主要沿著“卷曲”的一側(cè)移動，從而產(chǎn)生優(yōu)先自旋極化。自旋電子器件利用電子的自旋特性，有望實(shí)現(xiàn)更高效、更低能耗的信息處理。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可能。
“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。”雷圣賓說。
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