近期，一項關(guān)于手性石墨烯材料的突破性研究成果引起了科學界的廣泛關(guān)注。這項研究由天津大學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，他們成功開發(fā)出一種全新的制備技術(shù)，為先進光學、電子學和自旋電子學領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的道路。
研究團隊通過自主研發(fā)的“石蠟輔助浸入法”，實現(xiàn)了對石墨烯手性的精準控制。這一技術(shù)通過精確調(diào)控石墨烯浸入溶劑的速度和角度，使其在異丙醇中定向卷曲，從而形成了具有特定手性的石墨烯卷。這種方法的創(chuàng)新之處在于，它能夠在-30°至30°的范圍內(nèi)精確調(diào)整手性角，同時保持層間距在0.34±0.02納米，有效解決了傳統(tǒng)卷曲技術(shù)中易裂解的問題。
值得注意的是，這種手性石墨烯卷在室溫下展現(xiàn)出了超過90%的自旋極化率，這一成果被發(fā)表在《自然?材料》雜志上。這一發(fā)現(xiàn)不僅為量子計算和自旋電子器件的發(fā)展提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐，還揭示了曲率引發(fā)的自旋-軌道耦合作用在電子運動中的重要作用。
研究團隊通過拉曼光譜和透射電鏡等手段驗證了左手與右手石墨烯卷在光學活性上的差異。實驗結(jié)果顯示，電子在手性卷曲側(cè)的運動具有顯著的優(yōu)先性，這種強自旋選擇性效應(yīng)源于曲率而非傳統(tǒng)重原子的貢獻。這一發(fā)現(xiàn)為理解手性材料中的電子行為提供了新的視角。
原位磁導(dǎo)電原子力顯微鏡（MCP-AFM）測試進一步揭示了手性石墨烯卷的自旋濾波效應(yīng)。實驗發(fā)現(xiàn)，右手卷在特定磁化方向下電流顯著增強，而左手卷則表現(xiàn)出相反的特性。這種手性依賴的效應(yīng)為構(gòu)建高效自旋電子器件提供了新的可能性，例如磁隨機存儲器等。
胡文平教授團隊的研究不僅展示了“石蠟輔助浸入法”在制備手性石墨烯卷方面的獨特優(yōu)勢，還揭示了手性材料在電子學和自旋電子學中的巨大潛力。這一成果有望推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步和應(yīng)用創(chuàng)新。
同時，該團隊還指出，這種制備技術(shù)具有廣泛的適用性，可以推廣到其他二維材料的制備中。隨著研究的深入，未來有望在高產(chǎn)量制備手性二維材料方面取得更多突破，為新材料領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。
