近日，上海交通大學物理與天文學院特別研究員王世勇與瑞士、德國、美國科學家合作，首次合成具有拓撲性質(zhì)的石墨烯納米帶。相關成果近日發(fā)表于《自然》雜志。

在物理學中，拓撲是物質(zhì)的一個基本屬性。拓撲材料具有傳統(tǒng)材料不具備的新穎物理性。比如，此類材料的導電邊緣由于受到材料本征的拓撲性質(zhì)保護，往往可以無視缺陷的存在而仍然顯示導電性質(zhì)，因此可用于設計無耗散的電子器件，具有巨大的應用前景。王世勇告訴《中國科學報》記者，他們首次制備出具有拓撲性質(zhì)的一維石墨烯納米帶，并且探測到石墨烯材料的拓撲性質(zhì)。

石墨烯納米帶作為準一維的石墨烯納米結(jié)構(gòu)，由于量子限域效應和邊界效應，其電子結(jié)構(gòu)與寬度和邊緣結(jié)構(gòu)密切相關。盡管理論研究表明石墨烯納米帶能展現(xiàn)一系列奇異的電、磁、拓撲特性，但迄今為止僅有很少的理論預言得到了確定性的實驗證實。

研究人員基于“自下而上”表面合成途徑，通過選擇不同的分子前驅(qū)物，對納米結(jié)構(gòu)的寬度、形狀及摻雜實現(xiàn)精確調(diào)控，實現(xiàn)了原子級精確的石墨烯納米結(jié)構(gòu)。超高分辨原子力顯微鏡成像技術確定了合成出來的納米帶化學結(jié)構(gòu)，驗證了相關合成方法高度可控。掃描隧道微分譜技術確定了石墨烯納米帶的拓撲性質(zhì)，相關結(jié)果和理論高度吻合。

同時，中外科學家通過精確設計分子前驅(qū)體，實現(xiàn)了對拓撲特性的精準調(diào)控，在Au（111）表面合成出具有拓撲非平庸的交替寬度的石墨烯納米帶，并觀測到石墨烯納米帶末端的拓撲末端態(tài)。

此項工作得到《自然》雜志審稿人的高度肯定：“這項工作具有高度原創(chuàng)性，令人興奮，對不同領域均具有巨大的意義。”