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，都是石墨烯基礎研究與器件應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，導熱、電學和光學等性能，是一種構筑石墨烯新奇功能器件的理想結構。但到目前為止，關于在金剛石表面直接制備石墨烯的研究還很少報導。
　　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模擬中心徐力方研究員，中國人民大學徐靖副教授和美國倫斯勒理工學院張繩百教授合作，首先從材料設計入手，在理論上預言了金剛石（111）表面在B原子的誘導下可以實現(xiàn)金剛石結構向石墨烯結構的相轉變，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的影響，結果表明第五層的摻硼直接導致了由金剛石到石墨的結構相變，金剛石(111)面的第一個雙層完全sp2化，轉變?yōu)閱螌邮?，并且完全脫離下面的結構。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-石墨烯的相轉變。這種結構相變是由于第五層摻入的硼原子增強了表面的再構效應所導致。
　　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。 　　該結果發(fā)表在APPLIED PHYSICS LETTERS上【109（2016）162105】。
　　以上工作得到了國家自然科學基金委員會、科技部和中國科學院相關項目的資助。
　　文章鏈接：http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/109/16/10.1063/1.4964710


　　團隊負責人介紹
　　顧長志：男，1997年于吉林大學獲凝聚態(tài)物理博士學位。1991－2001年在吉林大學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、德國柏林自由大學物理系和日本國立材料研究所（NIMS）從事合作研究。現(xiàn)在中國科學院物理研究所微加工實驗室工作，任研究員、博士生導師。
　　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等領域的應用
　　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用奠定了基礎；基于金屬納米結構中磁疇壁的運動，構筑成功新型的低功耗磁邏輯電路。在Nature子刊、PRL、Nano Letters、JACS等國際著名學術雜志上發(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“跨世紀人才”稱號，2001年入選中科院“百人計劃”，2006年獲國務院“政府特殊津貼”，2007年獲中國物理學會“胡剛復物理獎”，2008年獲“國家杰出青年基金”。
　　目前的研究課題及展望：正在進行的主要課題有：國家自然科學基金重大項目“介電襯底上高質(zhì)量大面積石墨烯信息器件的構筑與特性研究”（首席科學家）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構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，并基于此構筑具有電、磁、光以及生物等特性的新型納米器件與電路。