新技術(shù)調(diào)整石墨烯納米帶的電子勢

自從15 年前發(fā)現(xiàn)石墨烯(一種只有一個原子厚的薄碳片)以來，這種神奇材料就成為材料科學(xué)研究的主力軍。從這項工作中，其他研究人員了解到，沿著蜂窩晶格的邊緣對石墨烯進(jìn)行切片會產(chǎn)生具有奇異磁性的一維鋸齒狀石墨烯條或納米帶。

許多研究人員試圖將納米帶不尋常的磁性行為用于碳基自旋電子器件，這些器件通過電子自旋而不是電荷編碼數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)高速、低功耗的數(shù)據(jù)存儲和信息處理技術(shù)。但由于鋸齒形納米帶具有高反應(yīng)性，研究人員一直在努力研究如何觀察它們的奇異特性并將其導(dǎo)入現(xiàn)實世界的設(shè)備中。

現(xiàn)在，正如 12 月 22 日出版的《自然》雜志所報道的那樣，勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法來穩(wěn)定石墨烯納米帶的邊緣并直接測量其獨特的磁性。

由Felix Fischer和Steven Louie共同領(lǐng)導(dǎo)的團隊，他們都是伯克利實驗室材料科學(xué)部的科學(xué)家，他們發(fā)現(xiàn)，通過用氮原子取代碳帶鋸齒形邊緣的一些碳原子，他們可以在不破壞局部電子結(jié)構(gòu)的情況下離散地調(diào)整局部電子結(jié)構(gòu)。磁性。這種微妙的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)一步促進(jìn)了掃描探針顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，用于在原子尺度上測量材料的局部磁性。

“之前穩(wěn)定鋸齒形邊緣的嘗試不可避免地改變了邊緣本身的電子結(jié)構(gòu)，”同時也是加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授的路易說。他補充說：“這種困境注定了通過實驗技術(shù)訪問其磁性結(jié)構(gòu)的努力，并且直到現(xiàn)在將他們的探索降級為計算模型。”

在理論模型的指導(dǎo)下，F(xiàn)ischer 和 Louie 設(shè)計了一種定制的分子構(gòu)建塊，其特征是碳和氮原子的排列可以映射到所需的鋸齒形石墨烯納米帶的精確結(jié)構(gòu)上。

為了構(gòu)建納米帶，首先將小分子構(gòu)建塊沉積在平坦的金屬表面或基材上。接下來，表面被輕輕加熱，激活每個分子兩端的兩個化學(xué)手柄。這一活化步驟會破壞化學(xué)鍵并留下高反應(yīng)性的“粘性末端”。

每當(dāng)兩個“粘性末端”相遇時，活性分子就會散布在表面上，分子就會結(jié)合形成新的碳-碳鍵。最終，該過程構(gòu)建了分子構(gòu)建塊的一維菊花鏈。最后，第二個加熱步驟重新排列鏈的內(nèi)部鍵以形成具有兩個平行鋸齒形邊緣的石墨烯納米帶。

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