科研进展

石墨烯层间堆叠位错的近场光学成像及纳米操纵取得新进展

信息来源:凝聚态物理研究所/人工微结构协同创新中心 

拓扑位错和层错在很大程度上影响着晶体材料的性质和功能。比如,金属材料中位错的密度决定着材料的机械强度;双层石墨烯堆叠畴壁会局域地改变石墨烯的能带结构并出现沿着畴壁的拓扑边缘态。人们已经在通过控制材料位错来改变其物理特性方面做了很多尝试,但是操作单个位错来改变局部的材料性质一直是一个很大的挑战。

 

(a)石墨烯AFM图片;(b)对应的扫描近场光学图片;(c)纳米操纵石墨烯堆叠位错示意图;
(d)一片包含ABA和ABC两种堆叠区域的三层石墨烯近场光学图片;(e)经过纳米探针操纵,部分ABA堆叠区域转变为ABC堆叠。

史志文课题组与加州大学伯克利分校的王枫教授合作运用扫描近场光学技术首次实现了双层和三层石墨烯中单个堆叠位错的纳米针尖操纵。运用这种技术,可以对石墨烯中的位错进行移位、拆分甚至完全擦除,从而获得完美的没有位错的大面积单晶石墨烯。研究还发现,纳米针尖人工构造出的新石墨烯畴壁在室温下是稳定的。另外,堆叠畴壁在纳米针尖操纵下的运动是各项异性的,受石墨烯晶向影响。该发现为石墨烯在纳米光电子器件领域的应用提供了技术保障,另一方面,该发现也为研究石墨烯堆叠畴壁中丰富的物理提供了一个平台。

该成果发表在【Nature Nanotechnology,13,204-208 (2018) 】,上海交通大学为通讯作者单位。该工作得到了国家科技部重点基础研究发展计划项目和上海高校特聘教授 (东方学者) 岗位计划项目的资助。