我校物質(zhì)學(xué)院于平課題組與李剛課題組合作，實(shí)現(xiàn)了在原子尺度調(diào)控石墨烯納米帶(Graphene Nanoribbons)邊界態(tài)(Zigzag edge state)的新方法。2018年8月15日，該成果以“Edge State Engineering of Graphene Nanoribbons”為題，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Nano Letters》上在線(xiàn)發(fā)表，并被選為期刊封面。

石墨烯納米帶是一種新型的一維石墨烯納米材料，具有制備納米電子器件和自旋器件的廣泛應(yīng)用前景。自2010年Fasel研究組首次利用自下而上(bottom-up)表面合成的方法，制備了具有精確寬度和原子級(jí)平整邊界結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶以來(lái)，研究熱點(diǎn)主要集中在如何通過(guò)設(shè)計(jì)不同的前導(dǎo)分子調(diào)節(jié)石墨烯納米帶寬度或是通過(guò)化學(xué)元素?fù)诫s調(diào)控石墨烯納米帶的電子態(tài)結(jié)構(gòu)。但如何在原子尺度調(diào)控石墨烯納米帶邊界態(tài)的研究還基本處于空白狀態(tài)。

在本研究中，研究人員利用表面合成的方法將酞菁錳(MnPc)分子連接到7-armchair石墨烯納米帶的邊緣：通過(guò)超高分辨的掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的實(shí)驗(yàn)手段，可以清晰地觀(guān)測(cè)到酞菁分子與石墨烯納米帶的共價(jià)鍵連接方式（如圖1所示），并發(fā)現(xiàn)該石墨烯納米帶的邊界態(tài)發(fā)生了劈裂；進(jìn)而研究人員成功地利用氫原子在酞菁錳上的吸附和脫附來(lái)調(diào)制石墨烯納米帶邊界態(tài)的電子結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。為了詮釋該現(xiàn)象的物理機(jī)制，于平課題組和李剛課題組共同合作，通過(guò)開(kāi)爾文力譜(KPFS)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并且結(jié)合DFT第一性原理計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)石墨烯納米帶邊界的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程調(diào)制了石墨烯納米帶邊界的局域摻雜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米帶的邊界態(tài)的電子結(jié)構(gòu)調(diào)控。該研究結(jié)果為以后制備功能化的石墨烯材料器件提供了新的設(shè)計(jì)思路。

論文的研究團(tuán)隊(duì)全部來(lái)自上海科技大學(xué)，于平課題組2016級(jí)碩士研究生蘇學(xué)磊為第一作者，于平教授和李剛教授為共同通訊作者，上科大為第一完成單位。該項(xiàng)研究得到了上科大科研啟動(dòng)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02356

圖1.MnPc-GNRs合成過(guò)程以及高分辨的STM圖像以及AFM圖像

圖2.吸附脫附氫對(duì)GNRs邊界態(tài)的調(diào)控