固體所在基于石墨烯的新拓撲結構研究方面取得進(jìn)展。研究人員把一個(gè)紙帶旋轉180o，然后再把紙帶兩端粘合在一起，他們就可以輕易地得到一個(gè)莫比烏斯帶。莫比烏斯帶是只具有一個(gè)表面和一個(gè)邊界的特殊拓撲結構。基于其特殊的拓撲性質(zhì)，莫比烏斯帶在工業(yè)和藝術(shù)上有著(zhù)重要的應用，例如，因為可以同時(shí)使用帶子的兩個(gè)面，具有莫比烏斯結構的傳送帶可以使用更長(cháng)時(shí)間。

　　只有一個(gè)碳原子層厚度的石墨烯展現出豐富的物理性質(zhì)，基于石墨烯可以得到具有一定寬度的石墨烯納米帶。與紙片和塑料薄片相似，在平行于石墨烯的平面內，石墨烯很難被拉伸或者壓縮，但是在垂直于石墨烯平面的方向上，卻很容易被彎曲。把石墨烯納米帶的兩端連接起來(lái)，就可以得到熟悉的碳納米管。基于石墨烯的莫比烏斯帶是否能夠穩定存在？這類(lèi)莫比烏斯帶具有什么樣的結構特征？固體所王賢龍博士和導師曾雉研究員利用第一性原理方法對這一問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。他們的研究結果顯示，石墨烯納米帶可以形成穩定的莫比烏斯結構，莫比烏斯帶的結構會(huì )隨著(zhù)石墨烯納米帶的長(cháng)寬比變化而變化。在一定的長(cháng)寬比以上，石墨烯莫比烏斯帶上會(huì )有一個(gè)平面三角形形成，最大的應變出現在三角形的頂端。在特定長(cháng)度的條件下，隨著(zhù)寬度的增加，三角形區域會(huì )越來(lái)越擴展，合成莫比烏斯結構所需的能量也越來(lái)越高。當長(cháng)度與寬度的比例小于3.46之后，莫比烏斯帶是一個(gè)具有三個(gè)三角形疊加的結構。

　　在具有鋸齒形邊緣的石墨烯納米帶中，邊緣的碳原子具有局域磁矩，局域磁矩在同一邊內和兩邊之間分別是鐵磁和反鐵磁耦合，因此整個(gè)石墨烯納米帶的總磁矩為零。電子結構分析發(fā)現這類(lèi)莫比烏斯帶卻具有非零的磁矩，這是由于在石墨烯莫比烏斯結構中只有一個(gè)邊存在，并且邊內的鐵磁耦合強度遠大于兩邊之間的反鐵磁耦合強度所致。

　　基于石墨烯的莫比烏斯帶具備石墨烯優(yōu)良的物理性質(zhì)、特殊的拓撲結構以及鐵磁耦合的邊緣態(tài)，有望應用于微電子學(xué)、自旋電子學(xué)和光學(xué)等領(lǐng)域。

　　上述研究成果撰寫(xiě)的論文在A(yíng)ppl. Phys. Lett. 97,123103 (2010)發(fā)表后，很快被NPG Asia Materials作為Featured Highlight以標題“Nanoelectronics: Graphene with a twist”報道。

　　此工作得到了國家自然科學(xué)基金、科學(xué)院知識創(chuàng )新方向性項目以及國家重大科學(xué)研究計劃（973項目）的資助。

在不同長(cháng)寬比下石墨烯莫比烏斯帶的結構  平面三角形區域被標記為紅色