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科学家将石墨烯弯曲得几乎达到原子允许的程度，奇怪的事情发生了
当石墨烯弯曲到最大程度时，就会出现人们期待已久的效果。
来源:ZME科学2008 年，两位物理学家提出，当石墨烯弯曲得几乎达到原子允许的程度时，会发生一些奇怪的事情。他们认为，弯曲可能会使电子失去平衡，仅从形状上就会产生电极化。
如果他们是对的，那就意味着神奇材料——石墨烯具有惊人的强度、导电性、柔韧性和轻盈度——可以转变为高度复杂的超薄电子设备，而无需添加额外的材料。
但这真的有效吗？这种急剧变形发生在接近单个原子尺度的距离上，即使是强大的显微镜也很难确定材料弯曲的准确程度。
现在，美国和英国的研究人员表示，石墨烯中的微小皱纹可能提供了他们正在寻找的实验证据。在一项新的研究中，研究小组报告说，极其急剧的弯曲改变了石墨烯的局部电势，其方式与原子尺度的理论计算非常吻合。
研究人员补充说，他们现在已经在石墨烯中看到了挠曲电性，这意味着不均匀的弯曲会产生电荷分离。然而，研究人员认为，在单原子厚度的石墨烯中，极端弯曲会产生更不寻常的现象。它改变了电子轨道的重叠方式，使电子在皱纹周围重新分布。
这就是研究人员所说的量子轨道挠曲电的情况。这对你来说可能还没有任何意义，但请继续阅读，我们稍后会讨论它。
始终正确
发现之路最初并不平坦。
当时是莱斯大学的博士生 Sathvik Ajay Iyengar 在重新审视他与研究员 Manoj Tripathi 收集的测量结果时，注意到最尖锐的石墨烯皱纹周围存在不寻常的电信号。他把研究结果带给了 Vincent Meunier，后者为他的博士研究提供了建议，也是 2008 年一项研究的作者，该研究首次在石墨烯等低维系统中引入了“电子挠曲电”的概念。
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“当萨斯维克向我展示他和马诺伊收集的测量结果时，我们意识到这些不寻常的信号可以为我们多年前预测的想法提供实验联系，”莫尼耶在莱斯大学的一份声明中说。 “将实验和原子尺度计算结合在一起使我们能够直接测试这种联系。”
皱纹是在石墨烯置于二硫化钼（另一种原子薄材料）上形成的。由于这两种材料对机械应力的反应不同，石墨烯会弯曲成狭窄的直立脊，研究人员无需用显微镜尖端推动它。
例如，此前，2021 年的一项石墨烯纳米气泡实验报告了研究人员使用显微镜探针产生的电场产生气泡后的挠曲电行为。新的皱纹是自然形成的，为团队提供了一种相对干净的方法来检查极端曲率。
急转弯
研究小组还发现，石墨烯弯曲的剧烈程度比皱纹的高度更重要。在最尖锐的尖端，电行为发生明显变化，而较高但弯曲不太明显的皱纹的行为与较短的皱纹基本相同。
“事实证明，皱纹的锐度比其整体大小重要得多，”艾扬格说。 “这告诉我们，我们可以通过仔细控制纳米尺度的曲率来调整电学行为。”
效果出奇的强大。在最急剧的弯曲处，电子的移动足以产生明显的电气不平衡，一侧变得相对消极，另一侧变得相对积极。研究人员估计，这种极化比更大的柔性电系统强 100,000 到 1000 万倍。
艾扬格将两侧比作微型电池的两端，但实际上并没有像电池那样存储和传递能量。
更广泛的前景是，工程师有一天可以通过决定材料弯曲的位置和弯曲程度来控制原子薄电子器件的行为。尽管目前已知的其他有用的石墨烯特性也可能会减弱，但各种有趣且有用的特性都可能以这种方式出现。 2012 年对石墨烯皱纹的一项研究表明，皱纹会使电子更难穿过石墨烯，从而根据皱纹的形状和方向改变石墨烯的电阻。此外，2021 年《自然纳米技术》的一项研究表明，不均匀弯曲的二硫化钼可以帮助其在光照下产生电流。
然而，新结果也有一些警告。研究人员尚无法准确地测量每个原子的最小弯曲，一些关键量依赖于模型和数量级估计。也没有人围绕这种效应构建实用的设备。
该研究发表在《先进材料》杂志上。