石墨烯纳米带

碳原子的超薄条

科学家已使用原子精确方法在二氧化钛表面上合成了石墨烯纳米带（碳原子的超薄条）,该方法消除了量子信息科学所需的定制设计碳纳米结构的障碍。

石墨烯由单原子厚度的碳层组成，具有超轻，导电和极强的机械特性。由于其高度可调的电子，光学和传输特性，受到广泛研究的材料有望改变电子和信息科学。

当石墨烯制成纳米带时，它可以应用于纳米级器件中。但是，在使用当前最先进的“自上而下”合成方法，即将石墨烯片切成原子窄条时，缺乏原子级的精度，限制了石墨烯的实际使用。

如图所示科学家在二氧化钛基材上以蓝色显示了黄色所示的石墨烯纳米带。碳带较轻的一端显示出磁性状态。插图显示了两端如何上下旋转，适用于创建量子位。

ORNL在扫描隧道显微镜方面拥有独一无二的专业知识，这对团队的成功至关重要，包括处理前体材料和验证结果。

以往的石墨烯纳米带实验中，该材料是在金属基材上合成的，这不可避免地抑制了纳米带的电子性能。

当前的去耦方法涉及将系统从超高真空条件下移除，并使其经过多步湿化学工艺，该工艺需要将金属基板蚀刻掉。此过程与创建系统时使用的仔细，干净的精度相矛盾。

CNMS团队的李安平

调节温度

“我们获得某些特性所需的反应基本上已被编程到前体中。我们知道反应将发生的温度，通过调节温度，我们可以控制反应的顺序。”

可编程性

“表面合成的另一个优点是可以用作前体的候选材料种类繁多，从而具有很高的可编程性。”

量子自旋态

“发现这些石墨烯带在其末端具有耦合的磁态（也称为量子自旋态）特别令人高兴。”

“这些状态为我们提供了研究磁性相互作用的平台，并希望为量子信息科学中的应用创建量子位。” 由于对碳基分子材料中的磁性相互作用几乎没有干扰，因此该方法可以从材料内部编程持久的磁态。

化学物质的精确应用使系统解耦也有助于维持开壳结构，从而使研究人员能够在原子级上构建和研究具有独特量子特性的分子。

该研究方法创建了与基板分离的高精度色带，这是自旋电子学和量子信息科学应用是理想的。最终的系统非常适合进一步研究和构建，因为它具有较宽的带隙，可能跨过传递开/关信号所需的电子状态之间的空间，因此可能是纳米级晶体管。