本报讯  近日，中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室李震宇教授研究组与科大同行合作，在石墨烯外延生长原子尺度的机理研究方面取得重要进展，首次揭示出在不同铜衬底上碳-碳二聚体是石墨烯生长的主要碳供给单元，解释了不同铜衬底上石墨烯生长中由不同的关键原子动力学过程所决定的微观机理，并预测了铜表面石墨烯不同生长形态（分维型或密集型）间相变的转变温度。该研究成果于5月28日在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上发表，第一作者武平目前为国际功能材料量子设计中心博士后，第二作者张悦是少年班学院本科生。

李震宇教授及其合作者利用多尺度计算模拟方法，结合第一性原理计算、动力学蒙特卡罗模拟和速率方程分析，系统地对比研究了在铜（111）和（100）衬底上石墨烯的生长动力学。结果表明，在这两种衬底上，碳-碳二聚体都比碳单体扩散快，并且更容易贴附到正在生长的石墨烯岛边缘。因此，在铜衬底上碳-碳二聚体是石墨烯生长的主要供给单元。此外，在铜（111）表面二聚体扩散能垒与贴附能垒相当，而在铜（100）表面贴附能垒远大于扩散能垒，导致石墨烯生长行为分别表现出扩散限制和贴附限制的特征。同时，他们还研究了碳-碳二聚体在石墨烯岛边缘的扩散行为，进而揭示了不同铜衬底上石墨烯不同生长形态（分维型或密集型）的形成机理，并预测了两种形态间相变的转变温度。该工作不仅为理解铜（111）和（100）衬底上石墨烯外延生长的原子机理提供了新思路，也有助于器件应用中石墨烯外延生长更加精确的控制。

李震宇教授研究组近几年里一直从事石墨烯生长微观机理方面的系列研究，给出了一种基于晶格失配的石墨烯非线性生长动力学的普适机理，提出了前驱气体脱氢将一直伴随着石墨烯生长过程的特点，并设计了一种高质量双层石墨烯的生长方案。

（合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心  量子信息与量子科技前沿创新中心  科研部）