石墨烯激光分析

对研究光驱动人类运输工具有重要意义2012年12月29日 来源： 中国科技网 中国科技网讯 据物理学家组织网12月27日报道，最近，日本青山学院大学在一项研究中，首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动，通过改变石墨烯的温度，能改变它的悬浮高度，控制运动方向并让它旋转，而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。这一成果对研究光驱动人类运输工具有重要意义，并有望带来一种新型光能转换系统。相关论文发表在最近出版的《美国化学协会期刊》上。 磁悬浮已证明对从火车到青蛙各种物体都有效，但至今还没有一款磁悬浮的制动器，将外部能量转化为动能。研究人员解释说，产生磁悬浮是由于物体具有反磁性，会排斥磁场。所有物质都有不同程度的反磁性，通常情况下反磁性很弱，无法让物体浮起来。只有当物体反磁性的强度超过其顺磁性（被磁场吸引），合磁力为斥力且斥力大于重力时，才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最强的材料之一。 反磁物体的悬浮高度取决于外加磁场和材料本身的反磁性，悬浮位置则可通过改变外加磁场来事先控制。迄今为止，用外部刺激如温度、光、声音等因素改变材料反磁性，从而控制磁悬浮物体的运动，还没人能做到。 “该研究最重要的一点是实现了实时运动控制技术，首次无需接触而推动一个悬浮着的反磁物体。”论文合著者、青山学院大学教授安倍次郎（音译）介绍说，“由于该技术简单而且基本，预计它能用于日常生活的许多领域，比如运输系统、娱乐活动、光照制动器以及光能转换系统等。” 实验中，研究人员演示了用激光控制温度，使一小片磁盘状的石墨烯悬浮在一块钕铁硼（NdFeB）永磁铁的上方。石墨烯的悬空高度会随着温度升高而下降，反之亦然。研究人员解释说，改变温度会改变石墨烯的磁化率，或它被外加磁场磁化的程度。在原子尺度，是激光的光热效应增加了石墨烯中热激电子的数量，热激电子越多，石墨烯的反磁性就越弱，从而悬浮的高度就越低。 把激光瞄准石墨烯盘片中心可以控制高度，瞄准边缘能让它运动和旋转。因为改变温度分布会改变磁化率分布，使石墨烯在磁场中受到的斥力不均衡，从而沿着与光束运动相同的方向运动。他们设计的旋转装置放在阳光下也会旋转，转速超过200转/分钟。这对开发光驱动涡轮非常有用。 研究人员预测，放大这种激光控制磁悬浮运动的能力，有望推动磁悬浮制动器、光热太阳能转换系统的发展，还可用于低成本的环保发电系统、新型光驱运输系统等领域。 安倍说：“目前，我们正计划开发一种适合该系统的磁悬浮涡轮叶片。其中可能会有摩擦力破坏旋转，因此我们想用一种与MEMS（微机电系统）有关的技术，开发出高效的光能转换系统。在制动器方面，磁悬浮石墨烯能运输近乎它本身重量的任何物体。如果能成功放大这一系统的话，用来开发个人交通工具就不是梦。”（常丽君） 《科技日报》（2012-12-29 二版）

作为一种单层碳原子晶体，石墨烯有着优良的物理性质和独特的电子性质，但它的一个致命缺点是没有带隙，这让它很难在电子设备中发挥作用。据美国物理学家组织网6月20日报道，来自阿根廷科尔多瓦国立大学、德国亚琛工业大学和西班牙巴塞罗那大学的一个联合研究小组提出一种新设想：利用中红外激光照射石墨烯，制造出人工动态带隙。该研究有望为石墨烯材料进军电子领域打开大门。论文发表在《应用物理快报》网站上。　　石墨烯是一种零带隙半导体，其性质表现就如同没有带隙，这意味着石墨烯无法作为控制电流的“开关”。而打开或关闭电流形成了计算机中1和0的编码信息，这种“开关”功能对转换器、晶体管等电子设备来说至关重要。“正是因为没有带隙，阻碍了石墨烯这种神奇材料的广泛应用。”阿根廷科尔多瓦国立大学物理学家路易斯·福·托里斯说。　　研究人员在论文中详细分析了这一问题，解释了激光场和石墨烯中电子相互作用的方式。根据他们的预测，用中红外激光照射石墨烯材料，能在它的电子结构中产生可观察到的带隙。进一步，还可以通过控制激光的极性对带隙进行调节。

在测试粉末粒度的时候，有时采用激光粒度的分析方法，有时采用筛分析的方法，两者有什么区别呢？