人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的呂勁高政祥小組與合作者

在複合低維納米結構和超窄無機納米帶的制備表征方面取得重要進展

Smalley發現C₆₀和Iijima發現納米碳管是納米學科發展的兩個重要裡程碑。C₆₀為零維結構，納米碳管為準一維結構，C₆₀能裝到碳管中形成所謂的納米豆莢複合結構。最近二維的單層的石墨烯又被制備出來，對石墨烯進行切割可以得到納米帶。納米帶可視為一個受限的二維材料。與發現納米碳管可能同樣重要的是以MoS₂為代表的無機納米管的發現, 随後MoS₂納米三角團簇和富勒烯狀MoS₂納米結構也被發現。MoS₂納米結構在納米潤滑，光催化，氫氣制備，太陽能電池等領域有廣泛的應用前景。目前實驗獲得的MoS2帶其寬度大于50nm，而且邊緣很不規則，使得量子限制效應和邊緣效應都不明顯。人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的呂勁高政祥小組與化學院施祖進小組以及日本國立高等科學與技術研究所的Suenaga和Iijima小組合作指導研究生王志永李鴻等利用納米碳管作為模版，生成了寬度1-4 nm，層數1-3，而且寬度和邊緣都非常均勻的MoS₂納米帶。EDX，EELS，Raman均證實了納米帶的确由MoS₂組成。這也是實驗上首次制備出納米帶與納米管複合體（命名為Nanoburrito）。不同于石墨納米帶的鋸齒邊緣和扶手邊緣結構共存，高分辨率透射電鏡和密度泛函理論計算都表明MoS₂納米帶的邊緣完全呈現鋸齒結構。盡管MoS₂塊材是非磁的半導體，密度泛函理論預言自由狀态的鋸齒邊的超細MoS₂納米帶總是具有磁性的基态，其最穩定鈍化方式為Mo邊用50% S鈍化，而S邊全裸，對應的電子結構為半極金屬态（half-metal）。有限長度的MoS₂納米帶顯示了高達90%的自旋過濾效應。因而開辟了MoS₂可以作為納米自旋器件的新用途。上述成果已于2010年9月9日在線出版在 《美國化學學會會志》上（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja1058026）。該工作得到國家自然科學基金，重大研究計劃以及人工微結構和介觀物理國家重點實驗室資助。beat365作為并列第一作者單位。