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研究人员们开发出手性石墨烯堆层来制备大面积的原子尺度薄膜

发布时间:2019-10-09 16:38:34

手性是科学和医学等其他相关学科的基本概念。在20世纪50年代和60年代初,萨力多胺镇静剂药物被世界各地的孕妇使用,但这种药物引起了可怕的先天性婴儿缺陷。后来才知道与萨力多胺分子的手性相关,左手性分子是一种镇静剂,而右手性分子会引起胎儿畸形。

到现在为止,还没有在原子尺度上进行过大面积薄膜中的 “手性”研究。康奈尔大学Jiwoong Parks的研究小组开发了一种突破性材料——只有两个原子厚的手性薄膜,通过石墨烯的圆形堆垛制成。该材料可能会在一系列领域得到应用,包括:光电子学、立体化学、偏振光学、自旋电子学或自旋传输电子学。

“在很长一段时间里,我们一直很好奇是否可以制备这种材料,”化学和化学生物学副教授兼康奈尔纳米科学Kavli学院成员Park说。

“这项发现和证实,可能会对纯科学和应用科学领域产生很大的影响。可能会用于检测生物分子,诱导和控制不对称催化等。我相信,这项发现会为其他二维材料的研究指明方向。”

墨西哥国立自治大学Fisica学院计算物理学家Mexico Noguez表示。

化学和化学生物学博士后研究员Cheol-Joo Kim和康奈尔大学前博士后Yui Ogawa在铜上制备出实验用的石墨烯片,将它们切出许多层。然后将这些层堆积,堆放前都巧妙地旋转每一层。顺时针旋转一层,然后逆时针旋转另一层,形成出左右手性层的堆积。

右手性和左手性的圆偏振光束交替照射到堆层上,计算出圆形二色性(CD)。例如,3D眼镜的圆形二色性让人们能够观看3 D电影。

研究团队意识到石墨烯薄膜的圆形二色性比预期更明显。经过许多困难之后,发现了这个现象,“在整个研究过程加速的时候,”Kim说。研究团队选择与Noguez合作来使结果定量化。

“很难得,这次我们知道想要得到什么,所以知道必须计算哪些量。这不是个简单的计算问题,我们做了大量的研究,发现Cecilia是最好的人选。”

康奈尔大学化学与化学生物学副教授JiwoongPark

最初Noguez和她的团队对Park的发现感到迷惑,然而,在进一步的测试中,他们意识到这项研究是一个突破。

“很久以前,我们预测了单壁碳纳米管类似的行为,并且最近研究了配体保护的金属纳米粒子。总的来说,这些结果对我来说很有意义。”

墨西哥国立自治大学Fisica学院计算物理学家Mexico Noguez表示。

Park团队在2月22日《Nature Nanotechnology》期刊发表了文章,题目为“手性原子尺度薄膜”。Park和Kim设计并完成了实验,是论文的合著者。合著者还包括工程物理专业的Zack Ziegler。

研究人员利用康奈尔大学中美国国家科学基金会(NSF)资助的纳米科技设备来制作样品。美国国国家科学基金会(通过康奈尔大学材料研究中心)和美国空军科学研究办公室支持这项研究。

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