一條石墨烯納米帶，能不能像擰毛巾一樣改變扭轉方向？日本名古屋大學研究人員給出了肯定答案。據最新一期《自然·通訊》雜志報道，該校研究人員首次實現了石墨烯納米帶扭轉方向的按需切換。這一成果有望為開發可調光學開關、化學傳感器和自旋電子器件提供新材料。

石墨烯納米帶是一種由碳原子組成的狹長帶狀納米結構。當納米帶發生扭轉時，會形成類似螺旋的形態，而且向左扭和向右扭時，其光學和電子性質也有所不同。此前，研究人員雖然能制造螺旋狀石墨烯納米帶，但很難讓它按照需要改變扭轉方向。

此次研究的關鍵，是一種過去被認為“不好控制”的四環螺烯單元。這些單元會在左旋和右旋兩種狀態之間快速變化，很難保持固定的扭轉方向。但當多個單元連接在一起后，相鄰單元會相互影響，傾向於朝相同方向扭轉，最終形成較為統一的螺旋結構。

在此基礎上，他們進一步利用溶劑控制納米帶的扭轉方向。測試了6種候選溶劑后發現，來源於鬆樹和柑橘類植物的天然化合物β-蒎烯能夠發揮作用。

β-蒎烯分為兩種互為鏡像的分子形式，不同分子形式會讓納米帶向不同方向扭轉。也就是說，更換溶劑就能控制納米帶向左扭，還是向右扭。

納米帶扭轉方向發生變化后，其發出的光也會隨之改變，兩種扭轉狀態會產生不同方向的圓偏振發光。這意味著，控制納米帶的扭轉方向，就可以調節其光學性質。這種切換效果在-90℃時最明顯，隨著溫度升高到室溫，效果逐漸減弱。

研究人員表示，這是首次在石墨烯納米帶中實現這種可切換的圓偏振發光。這種能夠根據外部環境改變扭轉方向和光學性質的材料，未來有望用於光學開關、化學傳感器和電子器件等領域。由於螺旋結構還可能影響不同自旋狀態電子的傳輸，因此也有望用於自旋電子器件。（記者 張佳欣）