科研进展

近日，北京大学集成电路学院王路达和力学与工程科学学院宋柏合作团队在限域输运领域实现突破，以“An ångström-scale Janus aperture as a gas flow rectifier”为题，在Nature Materials期刊发表研究论文。团队结合精密实验观测与高通量理论计算，首次揭示并系统阐释了多种典型气体分子（不同组分、形状、大小）跨石墨烯埃米孔的整流现象，整流比可高达两个数量级。

本研究实现了在纳米尺度（腔体直径可小至30纳米）下石墨烯多型体的完全可逆转换，所需横向剪切力低于1纳牛顿，每次切换能量低于1飞焦耳。其核心创新在于利用图案化的不对齐间隔层在局域腔体内形成稳定的堆叠畴，而在腔体外利用超润滑界面实现低摩擦、长程弹性弛豫。这为设计高密度、低能耗的纳米电子器件和探索堆叠序相关的关联物态提供了全新的平台。

华中科技大学赵文宇研究团队联合日本国家材料研究所等单位首先构建了高迁移率的单层石墨烯器件，采用六方氮化硼进行全封装以获得超洁净电子通道。在器件结构上，设计了全局背栅与局域顶栅的双栅结构，使得背景载流子密度与局部区域载流子浓度可以独立调控。局域顶栅在石墨烯通道中形成一段窄尺度载流子密度“墙”，这一结构成为调制熵波传播的核心单元。

研究提出并验证了一种基于激光诱导前向转移（LIFT）的二维材料数字化组装方法，用于精确构筑由石墨烯、MoSe₂ 和 PdSe₂组成的范德华异质结构。该方法实现了无掩膜、无聚合物支撑的微米尺度“像素化”转移与垂直堆叠，在保持材料结构与电学性质的同时，成功制备了二维材料场效应晶体管以及 PdSe₂/MoSe₂ p–n 结器件，并展示了稳定的电学与光电响应性能，表明 LIFT 技术在可扩展二维异质结构器件制造中的应用潜力。

近日，四川大学陈枫教授团队提出 “湿膜双轴拉伸” 创新策略，以聚对苯撑 – 1,3,4 – 恶二唑（POD）为前驱体，利用其湿法制备过程中形成的富水凝胶中间态，在碳化前实现双轴拉伸处理，成功突破传统聚合物前驱体加工限制。该工艺通过显著提升分子面内取向度与堆积密度，有效破坏三维分子无序结构并促进二维结晶有序性，大幅提升石墨化效率。最终制备的石墨烯薄膜厚度为 40 μm，导热系数高达 1693 W/(m・K)，层间距仅 3.355 Å，接近理想堆叠石墨烯结构。

作者介绍了一种在双层石墨烯中构建的人工Kagome超晶格，通过对介电衬底进行纳米图案化处理，形成精确定义且可静电调控的周期势场。磁输运测量结果显示，在中等强度超晶格势场作用下，体系涌现出堆叠式相关绝缘态，这是Kagome诱导平带内强电子-电子相互作用的特征。随着温度升高，这些相关能隙逐渐坍缩，标志着相互作用驱动态的热抑制效应。连续模型计算证实了多个平带微带的形成，并复现了观测到的能带重构演化过程。我们的研究结果表明，介电图案化石墨烯超晶格可作为超越莫尔体系的鲁棒可控架构，用于实现平带诱导的相关现象。

为了增强氢气选择性，将石墨烯纳米带（GNRs）引入 ZIF-8 填料中，形成了一种有利于氢气传输的物理限域结构。将这种金属-有机框架（MOF）/GNR 填料嵌入聚酰亚胺（PI）基质后，所得膜比纯 PI 膜具有更高的 H₂ 渗透性（298 Barrer，+40%）和 H₂/N₂ 选择性（15，+25%）。特别地，所制备的不对称膜在 35°C 时实现了 212±45 GPU 的 H₂ 渗透率和 19±2 的 H₂/N₂ 选择性。