近期，科學(xué)界傳來一項振奮人心的消息：一種新型手性石墨烯材料在先進(jìn)光學(xué)、電子學(xué)和自旋電子學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。這項突破性研究由天津大學(xué)的胡文平教授團隊攜手雷圣賓、李奇峰教授及沈永濤副教授共同完成，其成果于今年早些時候在國際權(quán)威期刊《自然·材料》上發(fā)表。
長久以來，盡管在非手性石墨烯及其他二維材料中引入手性特性被視為提升材料性能的關(guān)鍵，但實驗技術(shù)上的限制，尤其是對手性控制的精準(zhǔn)度不足，一直是制約該領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。然而，天津大學(xué)的研究團隊通過自主研發(fā)的“石蠟輔助浸入法”，成功克服了這一難題。
該方法的核心在于通過精確控制石墨烯浸入溶劑時的垂直速度和角度，實現(xiàn)了對其卷曲形態(tài)的精準(zhǔn)操控。具體而言，研究團隊在單晶石墨烯表面涂覆石蠟后，使其在異丙醇中定向卷曲。實驗結(jié)果顯示，該方法能夠?qū)⑹┚淼氖中越蔷_調(diào)整至-30°至30°之間，并保持層間距穩(wěn)定在約0.34納米，誤差不超過0.02納米。
更為引人注目的是，這種“石蠟輔助浸入法”不僅適用于石墨烯，還為其他二維材料的大規(guī)模制備提供了新思路。它有效解決了傳統(tǒng)卷曲技術(shù)中材料易沿鋸齒形邊緣裂解的問題，從而極大地提升了材料的穩(wěn)定性和實用性。
在進(jìn)一步的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)左手與右手石墨烯卷在光學(xué)活性上存在顯著差異。通過拉曼光譜和透射電鏡的驗證，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)，這些石墨烯卷在室溫下的自旋極化率竟超過了90%。這一發(fā)現(xiàn)得益于曲率引發(fā)的自旋-軌道耦合作用，而非傳統(tǒng)意義上的重原子貢獻(xiàn)?；诘依速M米子模型的理論分析進(jìn)一步證實了這一發(fā)現(xiàn)。
原位磁導(dǎo)電原子力顯微鏡的測試結(jié)果顯示，右手石墨烯卷在特定磁化方向下表現(xiàn)出電流特性的顯著增強，而左手石墨烯卷則呈現(xiàn)出相反的現(xiàn)象。這種依賴手性的自旋濾波效應(yīng)為高效自旋電子器件的設(shè)計提供了全新的思路，如磁隨機存儲器等。
天津大學(xué)研究團隊的這一成果不僅為手性材料的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)，更為量子計算和自旋電子學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)革新提供了重要的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。這一突破性進(jìn)展無疑將推動相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，為人類科技的進(jìn)步貢獻(xiàn)新的力量。
