研究人員通過彩虹散射破解“神奇材料”石墨烯的奧秘

石墨烯是一種神奇的二維材料，自2004年首次從石墨中分離出來以來，已被廣泛應用于能源、建筑等領域。據計算，石墨烯的耐磨性是鋼的200倍。石墨烯聽起來似乎很完美，但實際上并非如此。這種碳的二維同素異形體的孤立樣品并不是完全平整的， 其表面呈波紋狀。

石墨烯還可能存在結構缺陷，在某些情況下，這些缺陷會對其功能造成損害，而在其他情況下，這些缺陷對其所選擇的應用至關重要。這意味著，通過控制缺陷的實施，可以對石墨烯二維晶體的理想特性進行微調。

塞爾維亞貝爾格萊德大學溫查核科學研究所的米利沃耶·哈季約伊奇和馬爾科·喬西奇研究了光子穿過石墨烯時的彩虹散射，以及它如何揭示這種神奇材料的結構和缺陷。

雖然還有其他研究石墨烯瑕疵的方法，但這些方法都有缺點。例如，拉曼光譜無法區分某些缺陷類型，而高分辨率透射電子顯微鏡能以出色的分辨率表征晶體結構缺陷，但其使用的高能電子會使晶格退化。

“彩虹效應在自然界中并不罕見。在原子和分子散射中也發現了彩虹效應。它是在薄晶體的離子散射實驗中被探測到的。我們從理論上研究了低能質子在石墨烯上的散射，證明彩虹效應也發生在這一過程中。”相關研究人員說，“此外，我們還證明，可以通過質子彩虹散射效應研究石墨烯結構和熱振動。”

二人利用一種稱為彩虹散射的過程，觀察了質子穿過石墨烯時所產生的衍射以及所形成的“彩虹”圖案。

研究人員對衍射圖樣進行了特征描述，發現完美的石墨烯呈現出彩虹圖案，其中中間部分是一條單線，內部部分呈現出六邊形對稱圖案，而不完美的石墨烯則不具備這種對稱性。

科學家們還得出結論，特定的缺陷類型會產生各自不同的彩虹圖案，這可以在未來的研究中用于識別和表征石墨烯樣品中的缺陷類型。

哈季約伊奇總結說：“我們的方法相當獨特，有可能成為石墨烯和類似二維材料的一種有用的補充表征技術。” （綜合整理報道）（策劃/羅媛）