科學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：網友

日前，我國科學家開發(fā)了一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術，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。

由天津大學教授胡文平、雷圣賓、李奇峰和副教授沈永濤帶領團隊取得的這一研究成果近日發(fā)表在國際權威期刊《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。在材料科學領域，手性材料的開發(fā)對于推動光學器件、自旋電子學和量子計算等前沿技術的發(fā)展具有重要意義。

石墨烯作為一種經典的二維材料，其電導率高、機械強度高和化學穩(wěn)定性強，但石墨烯本身是無手性的。科學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用。目前，能夠實現(xiàn)自旋電子學功能的手性二維材料非常有限，且缺乏普適的制備方法。

天津大學研究團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，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)出顯著的光學活性和優(yōu)異的自旋選擇性效應。通過精確控制手性角度，研究人員還實現(xiàn)了手性誘導的自旋選擇性調控，這一特性使石墨烯卷在自旋電子學領域具有獨特的應用潛力。

此外，研究團隊還發(fā)現(xiàn)，電子主要沿著石墨烯卷的一側移動，從而產生優(yōu)先自旋極化。這種手性誘導的自旋選擇性效應為開發(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)室溫自旋電子技術開辟了新的方向。”雷圣賓介紹，未來，這項技術有望在自旋電子器件、量子計算、光學器件、材料科學等領域實現(xiàn)超越傳統(tǒng)碳材料的獨特功能，也為自旋電子學和量子技術的發(fā)展注入了新的活力。

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