近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)、王兵教授研究組利用掃描隧道顯微術(shù)(STM)研究石墨烯有序晶界，揭示了原子尺度分辨的有序晶界結(jié)構(gòu)，證明了有序晶界中存在范霍夫奇異性(VHS)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review Letters 上。
晶界是石墨烯材料中的一種結(jié)構(gòu)缺陷，通常是生長(zhǎng)過程中各晶粒間取向差異所致，常見于通過化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)的較大面積石墨烯。與其他晶體材料相似，石墨烯中晶界的存在也會(huì)顯著影響其物理性質(zhì)，特別是在石墨烯基電子器件中的晶界會(huì)極大地影響其電子學(xué)性質(zhì)。一般認(rèn)為，作為結(jié)構(gòu)缺陷，晶界對(duì)石墨烯器件的電子學(xué)性質(zhì)是有害的，如降低石墨烯的電導(dǎo)率和電子遷移率等。有理論預(yù)言，石墨烯的有序晶界類似于一種準(zhǔn)一維的周期結(jié)構(gòu)，其電子能帶中存在所謂的范霍夫奇點(diǎn)（VHS），從而在費(fèi)米能級(jí)附近表現(xiàn)出顯著的電子態(tài)密度峰。
研究人員利用掃描隧道顯微術(shù)，在實(shí)驗(yàn)上表征了多種具有原子尺度分辨的石墨烯有序晶界結(jié)構(gòu)，并利用掃描隧道譜學(xué)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上首次證明了石墨烯中有序晶界存在范霍夫奇異性引起的電子態(tài)（VHS態(tài)）。通過比較石墨烯中有序晶界和無(wú)序晶界的電子學(xué)行為，分析了有序晶界中VHS態(tài)及無(wú)序晶界中的局域化電子態(tài)的差異，有助于理解相關(guān)輸運(yùn)研究中相互矛盾的結(jié)果。結(jié)合理論計(jì)算，表明VHS態(tài)可以有效地提高石墨烯的載流子濃度�；谶@一結(jié)果，研究組提出了一種可能的內(nèi)嵌有序晶界的石墨烯條帶結(jié)構(gòu)，可用于提高基于石墨烯條帶結(jié)構(gòu)器件的電子輸運(yùn)性質(zhì)和器件效應(yīng)。
研究組的博士生馬傳許和孫海峰是論文的共同第一作者。
上述研究工作受到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)等項(xiàng)目資助。
