自从15 年前发现石墨烯(一种只有一个原子厚的薄碳片)以来，这种神奇材料就成为材料科学研究的主力军。从这项工作中，其他研究人员了解到，沿着蜂窝晶格的边缘对石墨烯进行切片会产生具有奇异磁性的一维锯齿状石墨烯条或纳米带。
许多研究人员试图将纳米带不寻常的磁性行为用于碳基自旋电子器件，这些器件通过电子自旋而不是电荷编码数据，从而实现高速、低功耗的数据存储和信息处理技术。但由于锯齿形纳米带具有高反应性，研究人员一直在努力研究如何观察它们的奇异特性并将其导入现实世界的设备中。
现在，正如 12 月 22 日出版的《自然》杂志所报道的那样，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的研究人员已经开发出一种方法来稳定石墨烯纳米带的边缘并直接测量其独特的磁性。
由Felix Fischer和Steven Louie共同领导的团队，他们都是伯克利实验室材料科学部的科学家，他们发现，通过用氮原子取代碳带锯齿形边缘的一些碳原子，他们可以在不破坏局部电子结构的情况下离散地调整局部电子结构。磁性。这种微妙的结构变化进一步促进了扫描探针显微镜技术的发展，用于在原子尺度上测量材料的局部磁性。
“之前稳定锯齿形边缘的尝试不可避免地改变了边缘本身的电子结构，”同时也是加州大学伯克利分校物理学教授的路易说。他补充说：“这种困境注定了通过实验技术访问其磁性结构的努力，并且直到现在将他们的探索降级为计算模型。”
在理论模型的指导下，Fischer 和 Louie 设计了一种定制的分子构建块，其特征是碳和氮原子的排列可以映射到所需的锯齿形石墨烯纳米带的精确结构上。
为了构建纳米带，首先将小分子构建块沉积在平坦的金属表面或基材上。接下来，表面被轻轻加热，激活每个分子两端的两个化学手柄。这一活化步骤会破坏化学键并留下高反应性的“粘性末端”。
每当两个“粘性末端”相遇时，活性分子就会散布在表面上，分子就会结合形成新的碳-碳键。最终，该过程构建了分子构建块的一维菊花链。最后，第二个加热步骤重新排列链的内部键以形成具有两个平行锯齿形边缘的石墨烯纳米带。
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