【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】原子級(jí)制造是未來(lái)原子尺度信息器件所需的關(guān)鍵技術(shù)。其中基于掃描探針顯微鏡的針尖操縱是原子級(jí)制造的一種重要手段，它可以實(shí)現(xiàn)單原子精度的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑和精準(zhǔn)調(diào)控，對(duì)石墨烯等二維材料則可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)折疊。未來(lái)石墨烯器件的制備需要對(duì)晶圓級(jí)樣品進(jìn)行原子級(jí)精度的圖案化，然而在所形成的新鮮邊緣上，原子重構(gòu)和雜質(zhì)吸附往往對(duì)器件輸運(yùn)特性產(chǎn)生影響。石墨烯邊緣的原子級(jí)精度切割和邊緣結(jié)構(gòu)演化的微觀規(guī)律仍然是有待探索的科學(xué)問(wèn)題。
針對(duì)這一難題，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自旋電子材料與量子器件中心潘毅教授課題組以掃描隧道顯微鏡(STM)針尖作為原子級(jí)加工的工具，實(shí)現(xiàn)了超高真空(<10-8 Pa)極低溫(4.5K)條件下基于針尖隧穿結(jié)場(chǎng)蒸發(fā)效應(yīng)的石墨烯特定取向邊緣制備，并在新制備的雙層的鋸齒型(zigzag)和扶手椅型(armchair)邊界上發(fā)現(xiàn)了出乎意料的自發(fā)縫合現(xiàn)象，即上下兩層邊緣瞬態(tài)碳自由基自發(fā)鍵合形成完美無(wú)懸鍵的半管狀封閉結(jié)構(gòu)。其掃描隧道譜局域電子結(jié)構(gòu)測(cè)量顯示范霍夫奇點(diǎn)(van Hove singularity)特征，證實(shí)這種封閉結(jié)構(gòu)與單層石墨烯翻折形成的半管狀邊界完全相同，其中armchair邊界的自縫和現(xiàn)象還會(huì)因一個(gè)鍵長(zhǎng)的滑移形成鎖定的AA雙層堆垛結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)為高質(zhì)量石墨烯納米器件未來(lái)原子級(jí)制造工藝提供了一種可供利用的新機(jī)制。
此項(xiàng)研究成果以《雙層石墨烯雙層石墨烯撕裂邊緣自發(fā)封閉的自縫和機(jī)制》(Spontaneous Closing of Torn Bilayer Graphene Edges via a Self-Healing Mechanism)為題發(fā)表于《納米快報(bào)》(Nano letters)。西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文唯一完成單位，材料學(xué)院博士生李雪妍為論文第一作者，材料學(xué)院自旋電子材料與量子器件研究中心潘毅教授為通訊作者。
此外，團(tuán)隊(duì)近期還利用STM原子操縱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單層石墨烯面內(nèi)滑移誘導(dǎo)的雙褶皺結(jié)構(gòu)及局域Kekulé型電子結(jié)構(gòu)調(diào)控(Carbon , 2025, 238, 120299)，多晶石墨烯疇界鼓泡極性翻轉(zhuǎn)調(diào)控(Carbon , 2026, 120890，in press)等二維材料原子級(jí)操控新方法。這些工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及國(guó)家級(jí)青年人才項(xiàng)目的資助支持。
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