中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所在基于石墨烯的新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究方面取得進展,。研究人員把一個紙帶旋轉(zhuǎn)180º,，然后再把紙帶兩端粘合在一起,，他們就可以輕易地得到一個莫比烏斯帶,。莫比烏斯帶是只具有一個表面和一個邊界的特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)�,；�于其特殊的��?fù)湫再|(zhì),，莫比烏斯帶在工業(yè)和藝術(shù)上有著重要的應(yīng)用，例如,，因為可以同時使用帶子的兩個面,，具有莫比烏斯結(jié)構(gòu)的傳送帶可以使用更長時間。

    只有一個碳原子層厚度的石墨烯展現(xiàn)出豐富的物理性質(zhì),，基于石墨烯可以得到具有一定寬度的石墨烯納米帶,。與紙片和塑料薄片相似，在平行于石墨烯的平面內(nèi),，石墨烯很難被拉伸或者壓縮,，但是在垂直于石墨烯平面的方向上，卻很容易被彎曲,。把石墨烯納米帶的兩端連接起來,，就可以得到熟悉的碳納米管�,；�于石墨烯的莫比烏斯帶是否能夠穩(wěn)定存在,？這類莫比烏斯帶具有什么樣的結(jié)構(gòu)特征？

    固體所王賢龍博士和導(dǎo)師曾雉研究員利用第一性原理方法對這一問題進行了深入的研究,。他們的研究結(jié)果顯示,，石墨烯納米帶可以形成穩(wěn)定的莫比烏斯結(jié)構(gòu)，莫比烏斯帶的結(jié)構(gòu)會隨著石墨烯納米帶的長寬比變化而變化,。在一定的長寬比以上,，石墨烯莫比烏斯帶上會有一個平面三角形形成，最大的應(yīng)變出現(xiàn)在三角形的頂端,。在特定長度的條件下,，隨著寬度的增加，三角形區(qū)域會越來越擴展,，合成莫比烏斯結(jié)構(gòu)所需的能量也越來越高,。當(dāng)長度與寬度的比例小于3.46之后，莫比烏斯帶是一個具有三個三角形疊加的結(jié)構(gòu),。

    在具有鋸齒形邊緣的石墨烯納米帶中,，邊緣的碳原子具有局域磁矩，局域磁矩在同一邊內(nèi)和兩邊之間分別是鐵磁和反鐵磁耦合,，因此整個石墨烯納米帶的總磁矩為零,。電子結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)這類莫比烏斯帶卻具有非零的磁矩，這是由于在石墨烯莫比烏斯結(jié)構(gòu)中只有一個邊存在,，并且邊內(nèi)的鐵磁耦合強度遠大于兩邊之間的反鐵磁耦合強度所致,。

    由于石墨烯的莫比烏斯帶具備石墨烯優(yōu)良的物理性質(zhì),、特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及鐵磁耦合的邊緣態(tài)，因此有望應(yīng)用于微電子學(xué),、自旋電子學(xué)和光學(xué)等領(lǐng)域,。

    上述研究成果的論文在Appl. Phys. Lett. 97,123103 (2010)發(fā)表后，很快被NPG Asia Materials作為Featured Highlight,，以標(biāo)題Nanoelectronics: Graphene with a twist報道,。

    此工作得到了國家自然科學(xué)基金(10774148，10904148)和國家重大科學(xué)研究計劃（973項目）（2007CB925004）的資助,。