中國粉體網(wǎng)訊  2010年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈•海姆和康斯坦丁•諾沃肖洛夫因石墨烯研究方面的成就獲得當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎。作為石墨烯的誕生國，英國看到了石墨烯這種超級材料的無限發(fā)展前景。瞄準(zhǔn)新一輪產(chǎn)業(yè)革命，2011年，英國政府決定在曼徹斯特大學(xué)建造國家石墨烯研究所（National Graphene Insttitute，NGI）。2015年3月，耗資6100萬英鎊的NGI正式掛牌成立。

國家石墨烯研究所(NGI)

世界領(lǐng)先的石墨烯研究基地

超高規(guī)格設(shè)施

這座7，825平方米的五層建筑采用開創(chuàng)性的技術(shù)設(shè)計，將超高規(guī)格的設(shè)施融入其中，打造出世界領(lǐng)先的研究中心。

石墨烯研究的專用空間

NGI擁有1500平方米的100級和1000級潔凈室，這是世界上最大的石墨烯研究學(xué)術(shù)空間。

高質(zhì)量的現(xiàn)代設(shè)備

該研究所還擁有價值1100萬英鎊的設(shè)備，使學(xué)者和行業(yè)合作伙伴能夠進(jìn)行開創(chuàng)性的研究。

合作是國家石墨烯研究所的關(guān)鍵

NGI是當(dāng)前英國乃至世界石墨烯相關(guān)研究的策源地，研究中心亦是商業(yè)中心，NGI核心使命在于不斷開拓二維（2D）材料科學(xué)與應(yīng)用前沿領(lǐng)域，兼顧石墨烯以及二維材料產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化。以NGI為中心，石墨烯工程創(chuàng)新研究中心（Graphene Engineering Innovation Centre, GEIC）和Henry Royce研究院承接和發(fā)展NGI研究成果，不斷探索二維材料商業(yè)應(yīng)用新模式。

合作是國家石墨烯研究所的關(guān)鍵。目前超過80家公司已經(jīng)與曼徹斯特大學(xué)合作，致力于石墨烯的應(yīng)用。

NGI合作項(xiàng)目的例子:

新概念、應(yīng)用和基礎(chǔ)研究的演示。

通過生產(chǎn)新概念產(chǎn)品和工藝展示石墨烯的潛力。

開發(fā)低成本可擴(kuò)展的高質(zhì)量石墨烯制造方法。

工藝穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)質(zhì)量，高生產(chǎn)產(chǎn)量。

石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制以及健康和安全。

一流的研究者和管理團(tuán)隊(duì)

NGI匯聚了一批世界頂級科學(xué)家，包括石墨烯之父Andre Geim和Kostya Novoselov、理論物理學(xué)家Vladimir Falko、材料學(xué)家Ian Kinloch、Sarah Haigh、Rahul Raveendran Nair等等。目前曼徹斯特大學(xué)有300多人從事石墨烯和相關(guān)2D材料的研究，30多個學(xué)術(shù)團(tuán)體在廣泛的學(xué)科領(lǐng)域工作——從物理和材料科學(xué)到化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)。

部分特色學(xué)者

研究方向及成果

NGI研究方向涵蓋凝聚態(tài)物理、介觀物理與納米技術(shù)、納米功能材料、光子學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、通信應(yīng)用等多學(xué)科領(lǐng)域。作為2D材料領(lǐng)域的先驅(qū)，NGI發(fā)揮著思想引擎的作用，引領(lǐng)2D材料研究的新方向。

NGI主要聚焦的九大研究熱點(diǎn)

2019年，NGI累積發(fā)表論文近60篇，其中NS正刊5篇、大子刊3篇，Nature Communication、ACS系列等頂刊累計約19篇。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，NGI近半數(shù)新發(fā)頂刊研究內(nèi)容與2D材料異質(zhì)結(jié)關(guān)聯(lián)，主要報道異質(zhì)結(jié)構(gòu)中二維材料中新奇或反常電子流體和光電現(xiàn)象，重點(diǎn)聚焦基礎(chǔ)物理領(lǐng)域。

近期部分成果

完美的原子級篩子

石墨烯可以將質(zhì)子從所有其他離子中分離出來

石墨烯對質(zhì)子有很好的選擇性，甚至能阻擋像氯這樣最小的離子，曼徹斯特大學(xué)研究顯示。這一結(jié)果對于石墨烯基薄膜的開發(fā)具有重要意義，應(yīng)用范圍從燃料電池到海水淡化。

3D打印2D材料墨水顯示出改善能量存儲設(shè)備的前景

第一次，一組來自材料部還有國家石墨烯研究所在曼徹斯特大學(xué)使用2D材料MXene配制油墨，生產(chǎn)3D印刷叉指電極。發(fā)表于新材料,這些墨水已經(jīng)用于3D打印電極能量儲存超級電容器等設(shè)備。

新的量子現(xiàn)象有助于理解石墨烯電子的基本極限

一組來自美國大學(xué)的研究人員曼徹斯特,諾丁漢和拉夫堡發(fā)現(xiàn)了有助于理解基本極限的量子現(xiàn)象石墨烯電子。發(fā)表于自然傳播,這項(xiàng)工作描述了單個原子薄層石墨烯中的電子是如何散射出構(gòu)成六方晶格的振動碳原子的。

Science：測量石墨烯電子流體的霍爾粘度

原文鏈接：Berdyugin A I, Xu S G, Pellegrino F M D. Measuring Hall viscosity of graphene’s electron fluid[J]. Science, 2019, 364(6436): 162. （DOI:10.1126/science.aau0685）

文章報道了高粘性電子體系所觀測的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)霍爾效應(yīng)行為的定性偏差。進(jìn)一步的研究表明，石墨烯中的粘性電子流體產(chǎn)生一個與標(biāo)準(zhǔn)霍爾效應(yīng)所生成電場相反的電場來響應(yīng)非量化磁場。粘性的貢獻(xiàn)是顯著的且已被確認(rèn)。研究人員通過大溫區(qū)內(nèi)反常行為的分析，提取出了學(xué)界尋找已久的霍爾粘度。

圖1 磁場對粘性電子流體的影響。

（A，B）靠近電流注入點(diǎn)理論石墨烯電子流體電勢分布；（C）普通霍爾效應(yīng)對圖B的貢獻(xiàn)；（d）霍爾粘性對圖B的貢獻(xiàn)；（e）其中一個測試樣品的光學(xué)圖片和VR測試示意圖；（f）不同磁場下VR測試結(jié)果。

Nature：在范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中莫爾超晶格中的共振雜化激子

原文鏈接：Alexeev E M, Ruiz-Tijerina D A, Danovich M. Resonantly hybridized excitons in moiré superlattices in van der Waals heterostructures[J]. Nature, 2019, 567(7746): 81-86. （DOI：10.1038/s41586-019-0986-9）

該文章通過組裝單層MoSe2和WS2半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，證明了激子能帶可以雜化，并導(dǎo)致莫爾超晶格效應(yīng)共振增強(qiáng)。選擇MoSe2和WS2的原因是二者的導(dǎo)帶邊緣都是接近簡并的，非常相似。當(dāng)激子能量以層間轉(zhuǎn)角周期性移動，雜化現(xiàn)象出現(xiàn)。該發(fā)現(xiàn)為異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新的策略。

圖2 MoSe2和WS2異質(zhì)結(jié)樣品；MoSe2和WS2能帶結(jié)構(gòu)與布里淵區(qū)對準(zhǔn)；吸收譜與轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

Nature nanotechnology：二維狄拉克材料中的強(qiáng)烈紅外與太赫茲磁光效應(yīng)

原文鏈接：Nedoliuk I O, Hu S, Geim A K. Colossal infrared and terahertz magneto-optical activity in a two-dimensional Dirac material[J]. Nature nanotechnology, 2019, 14(8): 756-761.（10.1038/s41565-019-0489-8）

該文章中，研究人員自制磁-紅外顯微光譜測量系統(tǒng)，使用高遷移率h-BN包覆石墨烯樣品，測量磁傳輸與法拉第旋轉(zhuǎn)。研究發(fā)現(xiàn)在紅外和太赫茲段出現(xiàn)強(qiáng)烈的磁光活動，包括吸收接近50%這個極限、100%磁圓形二項(xiàng)色性和高法拉第旋轉(zhuǎn)。該發(fā)現(xiàn)證明2D狄拉克材料通過磁調(diào)諧在長波長光電器件和等離激元器件中的應(yīng)用潛力。

圖3 高遷移率h-BN包覆石墨烯中帶內(nèi)朗道能級躍遷。

(a) 理論朗道能級與磁場的關(guān)系；(b) 磁光試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖；(c) 試驗(yàn)樣品光學(xué)照片；(d) 磁透射譜；(e) 磁透射與磁場和光子能量的關(guān)系；(f) 4.17T吸收譜

信息來源：曼徹斯特大學(xué)官網(wǎng)、科技日報、材料牛

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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