天津大學研發(fā)可控手性石墨烯卷為自旋電子學開辟新路徑

中新網(wǎng)天津2月25日電 (記者 孫玲玲)記者25日從天津大學獲悉，日前，該校胡文平教授、雷圣賓教授、李奇峰教授和沈永濤副教授聯(lián)合團隊開發(fā)了一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù)，成功制備出具有可控手性的石墨烯卷，為二維材料的手性調(diào)控及其在自旋電子學領(lǐng)域的應(yīng)用提供了全新思路。這一突破性進展不僅為材料科學領(lǐng)域注入了新活力，也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(chǔ)。相關(guān)成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·材料》。

手性石墨烯卷的形成示意圖。(天津大學供圖)

據(jù)了解，手性是指物體與其鏡像不能完全重合的特性，就像我們的左手和右手一樣。手性在自然界中無處不在，從分子到材料，手性結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出獨特的光學、電子和化學性質(zhì)。例如，許多藥物分子因其手性不同而具有截然不同的生物活性。在材料科學領(lǐng)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(shù)的發(fā)展具有重要意義。

石墨烯作為一種經(jīng)典的二維材料，因其高電導率、優(yōu)異的機械強度和化學穩(wěn)定性，一直是材料科學研究的焦點。然而，石墨烯本身是無手性的。近年來，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(yīng)用。然而，如何在二維材料中精確引入手性仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)手性自旋電子學功能的二維材料非常有限，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(shù)，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。這種方法不僅適用于石墨烯，還可以推廣到其他二維材料中，實現(xiàn)高產(chǎn)量生產(chǎn)。

“這項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。”團隊雷圣賓教授介紹，“未來，這項技術(shù)有望在自旋電子器件、量子計算、光學器件、材料科學等領(lǐng)域?qū)崿F(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(shù)的發(fā)展注入了新的活力。(完)