我們見過的石墨烯大多都是長在銅基底，硅基底上，而長在金剛石上的石墨烯，你聽過嗎？真正的黑鉆來襲！想一想是不是很激動！
　　如何在絕緣襯底上形成大面積高質(zhì)量的石墨烯還是個難題。所以，不論是探索制備石墨烯的新方法，還是尋找合適的生長石墨烯的基底材料，以便將石墨烯新奇的物理性質(zhì)在室溫下呈現(xiàn)出來，都是石墨烯基礎(chǔ)研究與器件應(yīng)用方面所亟待解決的問題。
　　金剛石是集眾多優(yōu)異性能于一身的絕緣材料，如果石墨烯能夠制備在金剛石襯底上，相比于其他襯底材料，有利于在室溫下呈現(xiàn)出石墨烯特殊的機械，導(dǎo)熱、電學(xué)和光學(xué)等性能，是一種構(gòu)筑石墨烯新奇功能器件的理想結(jié)構(gòu)。但到目前為止，關(guān)于在金剛石表面直接制備石墨烯的研究還很少報導(dǎo)。
　　最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）微加工實驗室顧長志研究員及李無瑕、李俊杰等人與量子科學(xué)模擬中心徐力方研究員，中國人民大學(xué)徐靖副教授和美國倫斯勒理工學(xué)院張繩百教授合作，首先從材料設(shè)計入手，在理論上預(yù)言了金剛石（111）表面在B原子的誘導(dǎo)下可以實現(xiàn)金剛石結(jié)構(gòu)向石墨烯結(jié)構(gòu)的相轉(zhuǎn)變，之后，實驗驗證了單晶金剛石（111）表面在B摻雜的條件下可以自組織形成高質(zhì)量的石墨烯，并且層數(shù)可控?！　? 　　他們基于第一性原理的理論計算，模擬了不同硼摻雜濃度與位置對金剛石表面再構(gòu)的影響，結(jié)果表明第五層的摻硼直接導(dǎo)致了由金剛石到石墨的結(jié)構(gòu)相變，金剛石(111)面的第一個雙層完全sp2化，轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌邮?，并且完全脫離下面的結(jié)構(gòu)。這樣形成的單層石墨烯，層內(nèi)的C-C鍵長為1.45 Å，跟下面襯底的距離為3.30 Å。這與石墨層內(nèi)的鍵長1.42 Å，以及石墨層間距3.35 Å都非常接近，說明存在金剛石-石墨烯的相轉(zhuǎn)變。這種結(jié)構(gòu)相變是由于第五層摻入的硼原子增強了表面的再構(gòu)效應(yīng)所導(dǎo)致。
　　之后，他們采用CVD方法，在高溫高壓（HPHT）金剛石單晶的（111）表面上，通過硼摻雜和生長參數(shù)的調(diào)控，實現(xiàn)了石墨烯的自組織生長，所制備的石墨烯具有高質(zhì)量、低缺陷、大面積和高遷移率等特點。而且可以通過改變生長條件，在金剛石襯底上制備出從單層到雙層及多層的石墨烯，很好地驗證了理論預(yù)言。這種金剛石襯底上的石墨烯材料，兼顧了金剛石和石墨烯的眾多優(yōu)異物理特性，為研制新奇功能的石墨烯器件奠定了基礎(chǔ)。 　　該結(jié)果發(fā)表在APPLIED PHYSICS LETTERS上【109（2016）162105】。
　　以上工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會、科技部和中國科學(xué)院相關(guān)項目的資助。
　　文章鏈接：http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/109/16/10.1063/1.4964710


　　團(tuán)隊負(fù)責(zé)人介紹
　　顧長志：男，1997年于吉林大學(xué)獲凝聚態(tài)物理博士學(xué)位。1991－2001年在吉林大學(xué)超硬材料國家重點實驗室工作，任教授。1997-1999年、2001年、2004年分別在德國夫瑯和費（Fraunhofer)研究所、德國柏林自由大學(xué)物理系和日本國立材料研究所（NIMS）從事合作研究?，F(xiàn)在中國科學(xué)院物理研究所微加工實驗室工作，任研究員、博士生導(dǎo)師。
　　主要研究方向：納米材料與納米器件的可控制備、新奇物理特性研究及在信息技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用
　　過去的主要工作及獲得的成果：實現(xiàn)了以金剛石、碳納米管和石墨烯為代表的碳基納米材料的可控制備；發(fā)現(xiàn)了室溫下碳基納米材料隨尺寸變化的新奇物理特性，如多壁碳納米管中電子的多通道彈道輸運特性，為在電子器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；基于金屬納米結(jié)構(gòu)中磁疇壁的運動，構(gòu)筑成功新型的低功耗磁邏輯電路。在Nature子刊、PRL、Nano Letters、JACS等國際著名學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表論文200余篇，他人引用2000余次，獲發(fā)明專利授權(quán)20余項，完成國家級鑒定驗收成果7項。2000年獲教育部“跨世紀(jì)人才”稱號，2001年入選中科院“百人計劃”，2006年獲國務(wù)院“政府特殊津貼”，2007年獲中國物理學(xué)會“胡剛復(fù)物理獎”，2008年獲“國家杰出青年基金”。
　　目前的研究課題及展望：正在進(jìn)行的主要課題有：國家自然科學(xué)基金重大項目“介電襯底上高質(zhì)量大面積石墨烯信息器件的構(gòu)筑與特性研究”（首席科學(xué)家）以及重大研究計劃項目“跨尺度納米批量制造原理與方法”等。主要研究碳基納米材料與結(jié)構(gòu)的可控加工原理與方法，探索其室溫下不同于體材料的新奇物理特性，并基于此構(gòu)筑具有電、磁、光以及生物等特性的新型納米器件與電路。