科技日报记者 陈曦 通讯员 焦德芳
记者2月25日从天津大学获悉，该校胡文平教授、雷圣宾教授、李奇峰教授和沈永涛副教授联合团队开发了一种名为“石蜡辅助浸入法”的新技术，成功让石墨烯“卷起来”，并能精确控制其“卷曲方向”，制备出具有可控手性的石墨烯卷。这一突破不仅为二维材料的手性调控提供了全新思路，还为未来量子计算和自旋电子器件的发展铺平了道路。相关成果发表在国际期刊《自然·材料》上。
手性，简单来说就是“左右不对称”，就像左手和右手，看起来很像，但无法完全重合。在自然界中，手性无处不在，从分子到材料，手性结构往往具有独特的光学、电子和化学性质。比如，某些手性分子在药物中可能表现出完全不同的药效，甚至一种有效，另一种有毒。
石墨烯，作为一种“明星材料”，因其超高的电导率、超强的机械性能和稳定的化学特性，一直是科学界的“宠儿”。然而，石墨烯本身是“对称”的，没有手性。近年来，科学家们尝试通过“卷曲”石墨烯等方式，赋予它手性特性，以探索其在光学器件、自旋电子学和量子计算等领域的潜力。但如何精确控制石墨烯的“卷曲方向”，一直是个难题。
天津大学团队开发的“石蜡辅助浸入法”，巧妙地解决了这一难题。研究团队首先在单晶石墨烯表面涂上一层石蜡，然后将其转移到硅基板上。接着，他们将样品垂直浸入异丙醇中，利用溶剂的表面张力，让石墨烯“自动卷曲”成管状结构。通过调整浸入速度和溶剂极性，研究人员可以精确控制石墨烯的“卷曲角度”，从而调控其手性特性。
这种方法不仅简单高效，还能推广到其他二维材料中，实现大规模生产。实验结果显示，制备出的左旋和右旋石墨烯卷表现出显著的光学活性和自旋选择性效应。在室温下，这些石墨烯卷的自旋极化率超过90%，远超其他碳材料。
此外，研究团队还发现，电子在石墨烯卷中主要沿着“卷曲”的一侧移动，从而产生优先自旋极化。自旋电子器件利用电子的自旋特性，有望实现更高效、更低能耗的信息处理。这种手性诱导的自旋选择性效应，为开发高效的自旋滤波器和自旋电子器件提供了新的可能性。
“这项研究成果不仅为非手性二维材料的手性调控提供了一种通用方法，还为探索量子行为和开发室温自旋电子技术开辟了新的方向。”研究团队雷圣宾教授表示，未来，这项技术有望在自旋电子器件、量子计算、光学器件、材料科学等领域实现超越传统碳材料的独特功能，也为自旋电子学和量子技术的发展注入了新活力。
