近日，張江實(shí)驗(yàn)室上海光源科學(xué)中心胡鈞研究員、張益研究員與上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院的石國升研究員合作，發(fā)現(xiàn)了石墨烯的非常規(guī)原子結(jié)構(gòu)，相關(guān)研究結(jié)果以 "Unconventional Atomic Structure of Graphene Sheets on solid Substrates" 為題發(fā)表在《Small》 封面上 (Small 2019, 15, 1902637). 同時(shí)該研究成果被wiley 旗下 《Advanced Materials》 雜志列為“Hot Topic” (carbon\ graphite\ graphene) 文章之一(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1521-4095.hottopic-carbon). 

無支撐石墨烯（free-standing graphene）的碳原子以sp2 雜化軌道組成周期為2.5 ？ 的六元環(huán)平面蜂窩形結(jié)構(gòu)，通常此結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是石墨烯唯一的原子級周期結(jié)構(gòu)并且決定了石墨烯的物理、化學(xué)等性質(zhì)。近日，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一個(gè)全新的發(fā)現(xiàn)：利用高分辨原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描隧道顯微鏡 (STM) 觀察到機(jī)械剝離的石墨烯在非同源基底上可以自發(fā)地形成周期為5 ？的斜方晶結(jié)構(gòu)，這種新的原子級結(jié)構(gòu)可以通過人為地施加電場控制產(chǎn)生。重要的是可以通過調(diào)控成像力的大小來實(shí)現(xiàn)石墨烯5 ？斜方晶結(jié)構(gòu)和本征的2.5 ？六元環(huán)結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)可逆性轉(zhuǎn)換。第一性原理計(jì)算表明，這種非常規(guī)的結(jié)構(gòu)可以歸因于石墨烯表面和基底之間的偶極子，該偶極子產(chǎn)生界面電場并引起石墨烯表面上的碳原子重新排列。作為應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該斜方晶格可以控制淀粉樣蛋白的外延自組裝行為。 

還需指出的是，在目前的研究中，固體底上石墨烯結(jié)構(gòu)中如此明顯的原子級變化通常被忽略，然而這對于全面地理解石墨烯獨(dú)特的電學(xué)，機(jī)械學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)非常重要。該發(fā)現(xiàn)揭示了新的石墨烯原子結(jié)構(gòu)，這對于獲得以石墨烯為基礎(chǔ)的電子設(shè)備的優(yōu)異性能是非常關(guān)鍵的，并且為操縱石墨烯晶格開辟了新途徑。 

文章的第一作者為張江實(shí)驗(yàn)室上海光源科學(xué)中心張金金博士，共同第一作者為上海應(yīng)用物理研究所楊一舟博士。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院的資助。