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摘要：研究小组在原子排列已知的具有凹凸不平结构的金表面上生长石墨烯，在世界上首次观察到具有凹凸不平结构的金中被称为6s的电子轨道与石墨烯中的电子轨道连接形成化学键的细节，阐明了下一代材料石墨烯与金之间形成化学键的机制。

关键词：碳膜石墨烯、金、化学键合、自旋电子器件、集成电路

要点

众所周知，碳膜石墨烯与金很难实现化学键合，但是，二者接触时又会在有限的条件下形成化学键合，其机制尚不清楚。

通过将紫外线照射到表面具有凹凸不平结构的金和石墨烯的界面处，并调查“电子的手”即电子轨道，阐明了金的凹凸不平结构的周期长度以及金与石墨烯的原子排列方向对于石墨烯与金之间的化学键合很重要。

由于化学键合将作为磁源的自旋偏置从金转移到石墨烯，因此本研究成果对于利用石墨烯中的自旋偏置开发下一代节能集成电路等应用而言是一重要发现。

图. 显示本研究中金与石墨烯之间化学键合的概念图

日本原子能研究开发机构的研究小组阐明了下一代材料石墨烯与金之间形成化学键的机制。

石墨烯是一种有望应用于利用电子的自旋而非电子的电荷来传输信息的自旋电子器件的材料。石墨烯具有碳原子排列成六边形结构，其碳原子之间具有很强的化学键合并且化学性质稳定。金作为大家所熟悉的贵金属，不易形成化学键，因此保留了金属光泽，并且因其美观自古以来就被用作货币和装饰品。据报道，当这两种化学性质稳定的物质接触时，它们会在有限的条件下形成化学键合。石墨烯与金之间具有化学键合的界面有望应用于自旋电子器件领域。然而，由于金原子在石墨烯与金的界面处的排列未知，因此对于何时形成化学键合以及会形成何种化学键合，人们尚未阐明其机制。

因此，在这项研究中，研究小组在原子排列已知的具有凹凸不平结构的金表面上生长石墨烯，试图以此方式来阐明金与石墨烯之间化学键合的细节。在利用角分辨光电子能谱（ARPES）法观察石墨烯与金界面处的“电子的手”即电子轨道时，研究小组在世界上首次观察到具有凹凸不平结构的金中被称为6s的电子轨道与石墨烯中的电子轨道连接形成化学键的细节。研究还发现，化学键合的位置可以根据凹凸不平结构的周期而改变。通过与文献的比较发现，可以根据石墨烯和金原子是垂直排列还是平行排列来选择形成化学键合的电子轨道。

此前人们一直推测金表面的凹凸不平结构在没有化学键合的情况下会影响石墨烯中的电子轨道。通过该研究阐明金与石墨烯的化学键合机制，将有助于控制通过化学键合将金的自旋偏压转移至石墨烯的方法。该现象有望应用于利用自旋的下一代节能集成电路等自旋电子学元器件的开发。

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通过使碳膜石墨烯与金原子之间形成化学键，实现节能集成电路