北京
这种以几何结构驱动的方法未来有望催生高灵敏度传感器和先进的超薄电子器件。
莱斯大学的研究人员通过实验证明，石墨烯中极端纳米尺度的褶皱会产生局部电荷。这为单原子厚材料中存在挠曲电效应（由不均匀弯曲产生的电荷）提供了清晰证据。
改变超薄材料的物理形状，而不是依赖化学添加剂，可以控制其电学性质。
这种以几何结构驱动的方法未来有望催生高灵敏度传感器和先进的超薄电子器件。
“我们的工作表明，从原子尺度看，即使是一道普通的褶皱，也能成为一种非凡的电子特征。”莱斯大学Benjamin M. and Mary Greenwood Anderson工程学讲席教授Pulickel Ajayan说。
“通过证明仅凭几何形状就能重塑石墨烯的电学行为，我们开辟了一条设计材料的新途径：通过结构而非化学来控制材料性能。”该研究的共同通讯作者补充道。
几何优于化学
研究人员发现，单原子厚石墨烯中自然形成的极端纳米尺度褶皱会使电子向一侧移动，从而产生相反的电荷，类似一个微型电池。
他们利用专用显微探针、基于激光的拉曼光谱和计算机模拟，将这些急剧弯曲的褶皱与平坦石墨烯进行比较。这种方法有助于分离出极端曲率对电子行为的直接影响。
“早期的研究通常考察较平缓的弯曲，或依赖外部压力，使得这种微妙效应难以区分。”该研究第一作者、莱斯大学前博士生Sathvik Ajay Iyengar说，“将急剧弯曲的褶皱与平坦石墨烯进行比较，使我们能够明确识别出极端曲率的作用。”
研究发现，石墨烯的尖锐纳米尺度褶皱就像微小的电学减速带，会改变局部电能，并在施加约1伏电压时产生稳定电流。
由于这种电响应取决于褶皱的尖锐程度而非高度，它产生了一种电荷分离（极化），据估计比大得多的挠曲电系统强10万至1000万倍。
“褶皱的尖锐程度远比其整体尺寸重要。”Iyengar说，“这告诉我们，可以通过在纳米尺度上精确控制曲率来调节电学行为。”
一桩2008年的旧案
这并不是一个全新的梦想，而是一桩悬案的破解。
早在2008年，理论物理学家Vincent Meunier就预言，剧烈弯曲石墨烯会迫使电子重新排列并产生电力。当时数学计算很可靠，但证明它的技术尚不存在。没有人能测量仅几个原子宽的间隙上的电压。
多年后，Iyengar与同事Manoj Tripathi一起回顾旧数据集的测量结果。两人注意到，在石墨烯样品最尖锐的折叠处出现了奇怪且无法解释的电信号尖峰。
Iyengar把数据带回给Meunier。随后，团队利用专用显微探针、基于激光的拉曼光谱和计算机模拟，终于当场捕捉到了这一幽灵效应。对孤立的褶皱施加约1伏电压后，这些弯曲处的反应与18年前的数学预测完全一致。
控制石墨烯的自然曲率提供了一种仅通过材料结构来调节其电学行为的新方法。这可能为设计下一代超薄电子器件和高灵敏度传感器开辟有前景的途径。
该研究成果发表在《先进材料》上。
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