新技術可制備手性石墨烯卷

記者25日從天津大學獲悉，該校3位教授胡文平、雷圣賓和李奇峰合作開發出一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術。該技術能夠讓石墨烯“卷”起來，并精確控制其“卷曲方向”，制備出具有可控手性的石墨烯卷。這一突破不僅為二維材料的手性調控提供了全新思路，還為未來量子計算和自旋電子器件的發展鋪平了道路。相關成果發表于國際學術期刊《自然·材料》。

??手性，簡單說就是“左右不對稱”，就像左手和右手，看起來很像，但無法完全重合。在自然界中，手性無處不在，從分子到材料，手性結構往往具有獨特的光學、電子和化學性質。比如，某些手性分子在藥物中可能表現出完全不同的藥效，甚至一種有效，另一種有毒。

??作為一種“明星材料”，石墨烯因超高電導率、超強機械性能和穩定化學特性成為科學界的“寵兒”。然而，石墨烯本身是“對稱”的，沒有手性。近年來，科學家們嘗試通過“卷曲”石墨烯等方式，賦予其手性特性，以探索其在光學器件、自旋電子學和量子計算等領域的潛力。但如何精確控制石墨烯的“卷曲方向”，一直是個難題。

??天津大學團隊開發的“石蠟輔助浸入法”巧妙解決了這一難題。研究團隊首先在單晶石墨烯表面涂上一層石蠟，然后將其轉移到硅基板上。接著，他們將樣品垂直浸入異丙醇中，利用溶劑的表面張力，讓石墨烯“自動卷曲”成管狀結構。通過調整浸入速度和溶劑極性，他們可以精確控制石墨烯的“卷曲角度”，從而調控其手性特性。

??這種方法不僅簡單高效，還能推廣到其他二維材料中，實現大規模生產。實驗結果顯示，制備出的左旋和右旋石墨烯卷表現出顯著的光學活性和自旋選擇性效應。在室溫下，這些石墨烯卷的自旋極化率超過90%，遠超其他碳材料。

??此外，研究團隊還發現，電子在石墨烯卷中主要沿著“卷曲”的一側移動，從而產生優先自旋極化。自旋電子器件利用電子的自旋特性，有望實現更高效、更低能耗的信息處理。這種手性誘導的自旋選擇性效應，為開發高效的自旋濾波器和自旋電子器件提供了新可能。

??“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室溫自旋電子技術開辟了新的方向。”雷圣賓說。