高鸿钧

最近，该研究组的王东飞博士等人成功在Au(111)表面原子级精准构筑了具有不同堆叠转角、不同堆叠位移的一维转角叠层石墨烯纳米带。他们通过具有原子级空间分辨的扫描隧道显微谱实验（STS）探测了三个90度转角双层锯齿形石墨烯纳米带结构，发现这三个具有不同堆叠位移的结构具有不同的边界电子态，并且其中一个存在近零能的边界电子态。

我们团队利用分子束外延的生长方式，在可控热处理制备的Ru(0001)孪晶表面上，制备了石墨烯单晶结构，并通过硅插层技术，在Ru/石墨烯层间面制备出单层硅烯，得到不同转角的石墨烯/硅烯异质结(TGS)。我们通过扫描隧道显微镜和计算证实了异质结的存在，并对其结构进行了研究。

石墨烯独特的结构蕴含了丰富而新奇的物理，不仅为基础科学提供了重要的研究平台，同时在电子、光电子、柔性器件等诸多领域显现出广阔的应用前景。为了充分发挥石墨烯的优异性质并实现其工业生产与应用，必须找到合适的材料制备方法，使所制备的石墨烯可以同时满足大面积、高质量并与现有的硅工艺兼容等条件。到目前为止，大面积、高质量石墨烯单晶通常都是在过渡金属表面外延生长而获得的，但是，后续复杂的转移过程通常会引起石墨烯质量的退化和界面的污染，从而阻碍了石墨烯在电子器件方面的应用。

高鸿钧院士对DeepTech 表示，在本次工作中，团队利用课题组长期积累的扫描隧道显微学原子操纵技术，实现了原子级精准的石墨烯可控折叠，目前也在尝试六方氮化硼等其他二维材料的可控折叠，以及利用原子级精准的可控折叠技术，构筑更为复杂的二维纳米结构。

然而，这些方法往往不能得到结构规整、尺寸均一的石墨烯。这样一来，不合规的石墨烯纳米结构在制造石墨烯基器件时就会遇到极大的困难。因此，对石墨烯纳米结构的精确控制和设计是石墨烯基器件可以实际制造应用的关键之一。

研究团队首先通过CVD法制备了毫米级的石墨烯样品，然后利用超高真空(UHV)四探针扫描隧道显微镜(STM)实现了电阻率和载流子迁移率的直接测量，并根据欧姆定律建立了缺陷(晶界/褶皱)对载流子传输的影响模型，且通过实测进一步验证了其有效性。通过对7个典型晶界的测量，发现其电阻率范围从几到100多kΩ·μm不等；缺陷区域的载流子迁移率下降到单晶纯石墨烯的0.4~5.9‰；石墨烯褶皱对载流子传输的影响与晶界类似。

这种基于氢等离子体的干法刻蚀技术受等离子体强度和样品温度的调控，刻蚀速率可以精确控制在几个nm/min，且不会引入新的缺陷。由于石墨烯特殊的六角对称性，这种方法可以得到近原子级规则的Zigzag边缘结构。他们还利用这种干法刻蚀技术结合电子束光刻技术首次实现了对石墨烯纳米结构的精确加工和剪裁。这种技术的优势在于可以对石墨烯结构进行原子级尺度加工和对于石墨烯的质量的保持性。这种可以沿固定晶向，得到固定的边缘结构的加工剪裁石墨烯的技术是传统技术所实现不了的，为未来大规模精确控制、加工具有确定晶向和边缘结构的石墨烯纳米结构奠定了技术基础。