中國粉體網訊 2010年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈•海姆和康斯坦丁•諾沃肖洛夫因石墨烯研究方面的成就獲得當年諾貝爾物理學獎。作為石墨烯的誕生國，英國看到了石墨烯這種超級材料的無限發展前景。瞄準新一輪產業革命，2011年，英國政府決定在曼徹斯特大學建造國家石墨烯研究所（National Graphene Insttitute，NGI）。2015年3月，耗資6100萬英鎊的NGI正式掛牌成立。
國家石墨烯研究所(NGI)
世界領先的石墨烯研究基地
超高規格設施
這座7，825平方米的五層建筑采用開創性的技術設計，將超高規格的設施融入其中，打造出世界領先的研究中心。
石墨烯研究的專用空間
NGI擁有1500平方米的100級和1000級潔凈室，這是世界上最大的石墨烯研究學術空間。
高質量的現代設備
該研究所還擁有價值1100萬英鎊的設備，使學者和行業合作伙伴能夠進行開創性的研究。
合作是國家石墨烯研究所的關鍵
NGI是當前英國乃至世界石墨烯相關研究的策源地，研究中心亦是商業中心，NGI核心使命在于不斷開拓二維（2D）材料科學與應用前沿領域，兼顧石墨烯以及二維材料產業化、商業化。以NGI為中心，石墨烯工程創新研究中心（Graphene Engineering Innovation Centre, GEIC）和Henry Royce研究院承接和發展NGI研究成果，不斷探索二維材料商業應用新模式。
合作是國家石墨烯研究所的關鍵。目前超過80家公司已經與曼徹斯特大學合作，致力于石墨烯的應用。
NGI合作項目的例子:
新概念、應用和基礎研究的演示。
通過生產新概念產品和工藝展示石墨烯的潛力。
開發低成本可擴展的高質量石墨烯制造方法。
工藝穩定，實現可重復質量，高生產產量。
石墨烯標準化、質量控制以及健康和安全。
一流的研究者和管理團隊
NGI匯聚了一批世界頂級科學家，包括石墨烯之父Andre Geim和Kostya Novoselov、理論物理學家Vladimir Falko、材料學家Ian Kinloch、Sarah Haigh、Rahul Raveendran Nair等等。目前曼徹斯特大學有300多人從事石墨烯和相關2D材料的研究，30多個學術團體在廣泛的學科領域工作——從物理和材料科學到化學和生物醫學。
部分特色學者
研究方向及成果
NGI研究方向涵蓋凝聚態物理、介觀物理與納米技術、納米功能材料、光子學、納米醫學、通信應用等多學科領域。作為2D材料領域的先驅，NGI發揮著思想引擎的作用，引領2D材料研究的新方向。
NGI主要聚焦的九大研究熱點
2019年，NGI累積發表論文近60篇，其中NS正刊5篇、大子刊3篇，Nature Communication、ACS系列等頂刊累計約19篇。統計發現，NGI近半數新發頂刊研究內容與2D材料異質結關聯，主要報道異質結構中二維材料中新奇或反常電子流體和光電現象，重點聚焦基礎物理領域。
近期部分成果
完美的原子級篩子
石墨烯可以將質子從所有其他離子中分離出來
石墨烯對質子有很好的選擇性，甚至能阻擋像氯這樣最小的離子，曼徹斯特大學研究顯示。這一結果對于石墨烯基薄膜的開發具有重要意義，應用范圍從燃料電池到海水淡化。
3D打印2D材料墨水顯示出改善能量存儲設備的前景
第一次，一組來自材料部還有國家石墨烯研究所在曼徹斯特大學使用2D材料MXene配制油墨，生產3D印刷叉指電極。發表于新材料,這些墨水已經用于3D打印電極能量儲存超級電容器等設備。
新的量子現象有助于理解石墨烯電子的基本極限
一組來自美國大學的研究人員曼徹斯特,諾丁漢和拉夫堡發現了有助于理解基本極限的量子現象石墨烯電子。發表于自然傳播,這項工作描述了單個原子薄層石墨烯中的電子是如何散射出構成六方晶格的振動碳原子的。
Science：測量石墨烯電子流體的霍爾粘度
原文鏈接：Berdyugin A I, Xu S G, Pellegrino F M D. Measuring Hall viscosity of graphene’s electron fluid[J]. Science, 2019, 364(6436): 162. （DOI:10.1126/science.aau0685）
文章報道了高粘性電子體系所觀測的結果與標準霍爾效應行為的定性偏差。進一步的研究表明，石墨烯中的粘性電子流體產生一個與標準霍爾效應所生成電場相反的電場來響應非量化磁場。粘性的貢獻是顯著的且已被確認。研究人員通過大溫區內反常行為的分析，提取出了學界尋找已久的霍爾粘度。
圖1 磁場對粘性電子流體的影響。
（A，B）靠近電流注入點理論石墨烯電子流體電勢分布；（C）普通霍爾效應對圖B的貢獻；（d）霍爾粘性對圖B的貢獻；（e）其中一個測試樣品的光學圖片和VR測試示意圖；（f）不同磁場下VR測試結果。
Nature：在范德瓦爾斯異質結構中莫爾超晶格中的共振雜化激子
原文鏈接：Alexeev E M, Ruiz-Tijerina D A, Danovich M. Resonantly hybridized excitons in moiré superlattices in van der Waals heterostructures[J]. Nature, 2019, 567(7746): 81-86. （DOI：10.1038/s41586-019-0986-9）
該文章通過組裝單層MoSe2和WS2半導體異質結構，證明了激子能帶可以雜化，并導致莫爾超晶格效應共振增強。選擇MoSe2和WS2的原因是二者的導帶邊緣都是接近簡并的，非常相似。當激子能量以層間轉角周期性移動，雜化現象出現。該發現為異質結半導體器件的能帶結構設計提供了新的策略。
圖2 MoSe2和WS2異質結樣品；MoSe2和WS2能帶結構與布里淵區對準；吸收譜與轉角的關系。
Nature nanotechnology：二維狄拉克材料中的強烈紅外與太赫茲磁光效應
原文鏈接：Nedoliuk I O, Hu S, Geim A K. Colossal infrared and terahertz magneto-optical activity in a two-dimensional Dirac material[J]. Nature nanotechnology, 2019, 14(8): 756-761.（10.1038/s41565-019-0489-8）
該文章中，研究人員自制磁-紅外顯微光譜測量系統，使用高遷移率h-BN包覆石墨烯樣品，測量磁傳輸與法拉第旋轉。研究發現在紅外和太赫茲段出現強烈的磁光活動，包括吸收接近50%這個極限、100%磁圓形二項色性和高法拉第旋轉。該發現證明2D狄拉克材料通過磁調諧在長波長光電器件和等離激元器件中的應用潛力。
圖3 高遷移率h-BN包覆石墨烯中帶內朗道能級躍遷。
(a) 理論朗道能級與磁場的關系；(b) 磁光試驗系統示意圖；(c) 試驗樣品光學照片；(d) 磁透射譜；(e) 磁透射與磁場和光子能量的關系；(f) 4.17T吸收譜
信息來源：曼徹斯特大學官網、科技日報、材料牛
（中國粉體網編輯整理/三昧）
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