石墨烯结构中单个错位可被操控移动

金属材料通过有针对性的折叠可展现全新的属性，虽然这仅是金属微观结构上的错位，不到百万分之一毫米，但对性能影响很大。现在，德国埃朗根—纽伦堡大学爱德曼·斯比克教授研究团队在石墨烯中找到了一种直接接触和移动这种错位的方法，这也为研究石墨烯纳米结构材料和拓展其性能铺平了道路。该研究已于近日发表在《科学进展》杂志上。

人们早就知道金属可以在不破裂的情况下变形，但这种变形原因直到20世纪40年代才被发现，即金属原子层面的晶体结构产生缺陷，所谓错位。当金属变形时，产生数以百万计错位并穿透材料。错位是金属材料轧制和锻造等加工技术的基础，也在日常生活中发挥重要作用，例如，汽车撞击时发生的金属材料变形吸收了撞击能量，从而可能拯救生命。

5年前，斯比克团队发现了所谓的双层石墨烯错位，这是由两个碳原子层构成的物质。斯比克教授称：“当我们在石墨烯中发现错位时，我们意识到已经找到了一种研究材料变形的理想模型系统。”但仅仅发现错位是不够的，还必须找到一种利用错位的方法。

为了能够拍摄到错位，研究人员采用了可在纳米尺度观测的电子显微镜。参与这项最新研究的博士研究生施瓦泽介绍说：“我们不仅可以看到试样纳米结构，而且可以直接与它们互动。例如，我们能够机械地移动纳米结构，定义热量或产生电势。”该装置的核心是一架小型机器人手臂，可以精确定位百万分之一毫米。机器人手臂配有细针，可以在试样表面移动，操纵单个错位。

研究人员最初对石墨烯抵抗机械应力的能力感到惊讶，设想在只有两层碳原子试样上用针尖施压，大多数材料都无法承受，但石墨烯毕竟是机械耐久性的世界纪录保持者，这使得研究人员能够用细钨尖针接触材料表面并移动错位。只有通过这种方式，科学家才能证明错位基本理论，同时也能获得关于错位如何相互影响和相互作用的新见解。