石墨烯結構中單個錯位可被操控

金屬材料通過有針對性的折疊可展現全新的屬性，雖然這僅是金屬微觀結構上的錯位，不到百萬分之一毫米，但對性能影響很大。現在，德國埃朗根—紐倫堡大學愛德曼·斯比克教授研究團隊在石墨烯中找到了一種直接接觸和移動這種錯位的方法，這也為研究石墨烯納米結構材料和拓展其性能鋪平了道路。該研究已于近日發表在《科學進展》雜志上。

人們早就知道金屬可以在不破裂的情況下變形，但這種變形原因直到20世紀40年代才被發現，即金屬原子層面的晶體結構產生缺陷，所謂錯位。當金屬變形時，產生數以百萬計錯位并穿透材料。錯位是金屬材料軋制和鍛造等加工技術的基礎，也在日常生活中發揮重要作用，例如，汽車撞擊時發生的金屬材料變形吸收了撞擊能量，從而可能拯救生命。

5年前，斯比克團隊發現了所謂的雙層石墨烯錯位，這是由兩個碳原子層構成的物質。斯比克教授稱：“當我們在石墨烯中發現錯位時，我們意識到已經找到了一種研究材料變形的理想模型系統。”但僅僅發現錯位是不夠的，還必須找到一種利用錯位的方法。

為了能夠拍攝到錯位，研究人員采用了可在納米尺度觀測的電子顯微鏡。參與這項最新研究的博士研究生施瓦澤介紹說：“我們不僅可以看到試樣納米結構，而且可以直接與它們互動。例如，我們能夠機械地移動納米結構，定義熱量或產生電勢。”該裝置的核心是一架小型機器人手臂，可以精確定位百萬分之一毫米。機器人手臂配有細針，可以在試樣表面移動，操縱單個錯位。

研究人員最初對石墨烯抵抗機械應力的能力感到驚訝，設想在只有兩層碳原子試樣上用針尖施壓，大多數材料都無法承受，但石墨烯畢竟是機械耐久性的世界紀錄保持者，這使得研究人員能夠用細鎢尖針接觸材料表面并移動錯位。只有通過這種方式，科學家才能證明錯位基本理論，同時也能獲得關于錯位如何相互影響和相互作用的新見解。（記者 顧鋼）