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楼主  发表于: 2010-12-27 08:42

 基于石墨烯拓扑结构研究获进展

管理提醒: 本帖被 chenshuuu 执行加亮操作(2010-12-27)
把一个纸带旋转180º,然后再把纸带两端粘合在一起,我们就可以轻易地得到一个莫比乌斯带。莫比乌斯带是只具有一个表面和一个边界的特殊拓扑结构。基于其特殊的拓扑性质,莫比乌斯带在工业和艺术上有着重要的应用,例如,因为可以同时使用带子的两个面,具有莫比乌斯结构的传送带可以使用更长时间。

只有一个碳原子层厚度的石墨烯展现出丰富的物理性质,基于石墨烯可以得到具有一定宽度的石墨烯纳米带。与纸片和塑料薄片相似,在平行于石墨烯的平面内,石墨烯很难被拉伸或者压缩,但是在垂直于石墨烯平面的方向上,却很容易被弯曲。把石墨烯纳米带的两端连接起来,就可以得到熟悉的碳纳米管。

基于石墨烯的莫比乌斯带是否能够稳定存在?这类莫比乌斯带具有什么样的结构特征?我所王贤龙博士和********曾雉研究员利用第一性原理方法对这一问题进行了深入的研究。他们的研究结果显示,石墨烯纳米带可以形成稳定的莫比乌斯结构,莫比乌斯带的结构会随着石墨烯纳米带的长宽比变化而变化。在一定的长宽比以上,石墨烯莫比乌斯带上会有一个平面三角形形成,最大的应变出现在三角形的顶端。在特定长度的条件下,随着宽度的增加,三角形区域会越来越扩展,合成莫比乌斯结构所需的能量也越来越高。当长度与宽度的比例小于3.46之后,莫比乌斯带是一个具有三个三角形叠加的结构。

在具有锯齿形边缘的石墨烯纳米带中,边缘的碳原子具有局域磁矩,局域磁矩在同一边内和两边之间分别是铁磁和反铁磁耦合,因此整个石墨烯纳米带的总磁矩为零。电子结构分析发现这类莫比乌斯带却具有非零的磁矩,这是由于在石墨烯莫比乌斯结构中只有一个边存在,并且边内的铁磁耦合强度远大于两边之间的反铁磁耦合强度所致。

基于石墨烯的莫比乌斯带具备石墨烯优良的物理性质、特殊的拓扑结构以及铁磁耦合的边缘态,有望应用于微电子学、自旋电子学和光学等领域。

上述研究成果撰写的论文在Appl. Phys. Lett. 97,123103 (2010)发表后,很快被NPG Asia Materials作为Featured Highlight以标题“Nanoelectronics: Graphene with a twist”报道。
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