石墨烯因其優(yōu)異的電學(xué)特性而在近年來備受科學(xué)界和工業(yè)界的極大關(guān)注。盡管石墨烯在高頻器件、能源存儲等領(lǐng)域顯示了極大的應(yīng)用潛能，但缺少能隙的天然質(zhì)樸型石墨烯卻嚴(yán)重限制了其在場效應(yīng)邏輯電子器件領(lǐng)域的拓展。所以，石墨烯的能隙工程也一直是石墨烯研究領(lǐng)域的一大主題。近年，科學(xué)家主要以垂直外加電場模式和利用石墨烯邊界量子效應(yīng)兩種方法實現(xiàn)對石墨烯的能隙調(diào)控。然而這兩種方法在實際操作上都有明顯的不足之處。如何能讓石墨烯在自然且無損狀態(tài)下實現(xiàn)大面積范圍的能隙開啟也一直是一大探索熱點，實現(xiàn)這樣功能的石墨烯新結(jié)構(gòu)也必將對石墨烯在未來邏輯器件領(lǐng)域的應(yīng)用鋪墊出一條嶄新的道路。

廈門大學(xué)軟物Untitled質(zhì)與生物仿生研究院（材料學(xué)院）詹達(dá)教授與新加坡南洋理工大學(xué)數(shù)理學(xué)院申澤驤教授及合作者對石墨烯插層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致而深入的探索。通過傳統(tǒng)二區(qū)反應(yīng)法來對少層石墨烯的插層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，成功探索出獲得基于氯化鐵(FeCl3)的非對稱插層石墨烯結(jié)構(gòu)的實驗條件。該結(jié)構(gòu)在實空間垂直平面方向看去，分為三個相對獨立部分，分別是單層石墨烯、FeCl3分子層以及雙層石墨烯。空氣中易潮解的氯化鐵分子由于兩邊都被石墨烯碳原子層保護(hù)，變得非常穩(wěn)定，而被氯化鐵分子層分離的雙層石墨烯部分則表現(xiàn)出了具有天然能隙的新特性，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Small上。

研究發(fā)現(xiàn)，利用傳統(tǒng)的真空二區(qū)反應(yīng)法制備工藝，并通過降低高溫反應(yīng)時間，可以實現(xiàn)基于FeCl3分子對三層石墨烯的非對稱插層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，被FeCl3分子層分離的AB堆垛結(jié)構(gòu)雙層石墨烯因與FeCl3的電負(fù)性有很大差異，從而發(fā)生了強(qiáng)烈的電荷轉(zhuǎn)移，這兩層石墨烯與FeCl3電荷轉(zhuǎn)移又因距離遠(yuǎn)近而非常不對等，導(dǎo)致形成一個內(nèi)建的有效垂直電場。該有效電場對AB堆垛雙層石墨烯結(jié)構(gòu)的反演對稱進(jìn)行了強(qiáng)烈的破壞。從物理的直觀表征上來看，這種新型非對稱插層石墨烯結(jié)構(gòu)的拉曼G模特征表現(xiàn)出與傳統(tǒng)的質(zhì)樸型三層石墨烯以及全插層三層石墨烯的明顯不同，因為反演對稱的破壞導(dǎo)致原本屬于D3d分子點群的雙層石墨烯演變?yōu)镃3v結(jié)構(gòu)，這讓原本不具有拉曼活性的低頻G模（Eu模式）得以激活而使得該結(jié)構(gòu)的G模具有兩個相鄰的活性峰(G–和G+)。這種非對稱插層三層石墨烯里形成的獨立雙層石墨烯新型結(jié)構(gòu)的電子能帶從原本在倒空間K點的連續(xù)變?yōu)榇蜷_，意味著這種具備天然能隙的石墨烯新型結(jié)構(gòu)有可能在未來基于石墨烯的邏輯開關(guān)納米電子器件領(lǐng)域中得以應(yīng)用。