石墨烯研究

“少年智则国智，少年强则国强，少年进步则国进步。”——梁启超《少年中国说》最近又出了一个让我们中国人引以为傲的事情，我国“天才少年”中科大10级少年班校友、美国麻省理工学院“95后”博士生曹原分别以第一作者兼共同通讯作者、共同第一作者的身份在最新一期Nature连发两篇论文。上次这位“天才少年”曹原出名还是因为他在2018年3月6日在Nature上以第一作者发表的论文中阐述了让石墨烯实现超导的方法。因此，曹原也被誉为“石墨烯的驾驭者”。他的论文刊登后立即在整个物理学界引起巨大反响，一些报道称其“一举解决了困扰世界107年的难题”。2018年，曹原登上了2018年Nature年度人物榜，并被一些报道称为“中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者”。石墨烯源自于石墨。石墨是由多层碳原子层组成，每层中的碳原子以蜂窝状的多个六边形排列在一起，每层之间的距离大约0.335纳米。石墨烯则是把石墨的多层结构剥离成一层一层的结构后得到的材料。也是因为它特殊结构，石墨烯具有优异的力学、电学、磁学和热学性能，而曹原发现的就是曾困扰物理学界很多年的让石墨烯实现超导的方法。曹原的研究是把两层石墨烯堆叠在一起，然后通过旋转两层产生不同的角度来研究其导电能力。当他把角度旋转到1.1度，并且把温度降低至1.7开尔文（即比绝对零度高了1.7度，-271.45摄氏度），这种双层石墨烯材料表现出了超导现象，成为零电阻、完全抗磁性的超导体。曹原制备出的石墨烯超导体属于低温超导体，其超导临界温度远低于冰点0 ℃，所以这种材料并非室温超导体。此次再次引爆科学界的是在伦敦时间5月6日，曹原与其博导Pablo Jarillo-Herrero背靠背在Nature上连发的两篇介绍魔角石墨烯研究的新突破的论文。在第一篇Nature论文中，曹原等人致力于通过对扭转角的控制，将魔角特性推广到其他二维研究体系，以调谐和控制电子—电子相互作用的强度，实现相似的物理行为。研究结果将为探索多平带双扭超晶格中扭角和电场控制的相关物质相提供理论依据。曹原为这篇论文的第一作者，并与导师共同为文章通讯作者。通讯作者通常由教授等课题组长担任。而曹原成为通讯作者，则说明他是论文的主要创意贡献者之一。在第二篇发表在Nature的论文中，曹原与其他两位作者并列文章第一作者。在这项研究中，曹原等人致力于研究扭曲角的分布信息。他们以六方氮化硼（hBN）封装的MATBG为研究对象，通过使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像，并绘制了局部θ变化图。这项研究为相关物理现象的实现和应用提供了指导。之所以在2018年很多媒体将曹原的发现称作为“一举解决了困扰世界107年的难题”，是因为“超导体”最早发现于1911年，超导体能将电子损失降到0的传输材质，其有助于大幅降低电力传输过程中的巨大能源损耗。但令人遗憾的是，要想实现这种传输条件，环境必须在绝对零度（零下273摄氏度）之下。此后，无数科学家前赴后继，希望研制出能在常温条件下实现“超导体”性能的材料，但均以失败告终。曹原的贡献在于发现了让石墨烯实现超导的方法。具体而言，就是发现了当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度（魔角）时，就会产生以0电阻传输电子的神奇超导效应。除了节能，石墨烯，尤其是氧化石墨烯的吸附能力强，无论是对氟离子、铅离子，还是铜离子、镉离子等都具有很强的吸附和去除能力。目前我国不少企业也在研究石墨烯新材料在黑臭水体治理、海水淡化等领域的作用，且在实际的技术研究中取得了不少成果。目前已有研究团队着手利用石墨烯对电子垃圾进行筛选和处理。由于电子垃圾本身就具有高附加值，石墨烯材料应用于金属离子吸附和回收效率颇高。也因为石墨烯的这一特质，目前也有不少企业开始研究其对于土壤重金属污染治理中的应用。全国诚招“环保调研员”，主要从事环保法制宣传、环保课题调研活动、环保项目政策反馈等，有意者可直接在官网下载相关资料。地址：北京市西城区西四砖塔胡同56号西配楼205室，邮编：100810。图片来源于网络，如有侵权，请联系删除。

尽管石墨烯比钢强得多，但迄今为止，将其转化为一种有用的建筑材料还是很困难的。将二维石墨烯转化成三维结构——材料的组成部分——是很困难的。石墨烯“想”保持二维。“隐形”木材的不可思议的可能性。这可能要归功于麻省理工学院的一个研究小组。利用计算机建模，研究人员设计了一种新型的——目前不知名的材料——一种海绵样的结构，它的强度仅为钢的5%，强度大约是钢的10倍。这使得它既非常轻，又能承载重物——研究人员认为，这些特性使材料在设计或建筑中更理想。石墨烯的起源石墨烯是在2002年由曼彻斯特大学的物理学教授Andrew Geim首次发现的。Geim很感兴趣的是，微观层面上的碳层是如何表现的。他把目光转向石墨，这是一种用在铅笔上的物质，它是由薄而弱的碳层构成的，这就是为什么在纸上拖动铅笔会产生可见的线条。Geim使用透明胶带剥离越来越薄的石墨薄片，直到他最终拥有一个只有一个原子厚度的层:石墨烯，这是第一个发现的二维材料。在原子显微镜下，石墨烯看起来像蜂窝结构中六边形的平面晶格。石墨烯不仅非常强大，而且像橡胶一样柔韧，它的电力比铜多一千倍。由于这些不寻常的特性，媒体迅速将石墨烯称为“神奇材料”。但是，尽管许多专利已经申请了各种各样的应用——从可弯曲的电脑屏幕和太阳能电池到长寿命电池——到目前为止，将这些想法转化为材料或实际产品已经证明是困难的。使用坚固的材料麻省理工学院的研究人员使用计算机模型来观察是否有可能将二维的石墨烯薄片制成三维结构。为了达到这一目的，他们需要用薄片来熔断，这是他们在数百次循环加热和压力的过程中达到的，直到雪花形成稳定的、完整的形状。研究人员随后研究了包括蝴蝶翅膀、珊瑚和海胆在内的生物材料，这些材料自然形成的几何形状可以成为新的石墨烯材料的模板。他们在显微镜下观察到的一个形状是“陀螺仪”，一个具有连续表面的结构，它也是多孔的，有点像海绵。陀螺仪的形状有一个巨大的表面积与它们的体积成比例。研究人员发现，在这种几何图形中排列的融合石墨烯薄片形成了一种异常轻但又坚固的材料。“一旦它们结合在一起，所有的薄片都有助于整体结构的强度，”秦刚解释说。同样地，一张纸是脆弱的，直到它被卷成一根管子并竖立起来。由于石墨烯目前的价格昂贵且难以制造，所以其他材料，如聚合物或金属，反而可以利用其固有强度的陀螺几何。

导语：我们都知道，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的“奇迹材料”，甚至有超越硅的地位的可能。但是遗憾的是，它并不擅长吸收光。科学家们一直在寻找能够更好地提高石墨烯光吸收率的方法。现在，来自美国佛罗里达中部大学（UCF）的研究团队发现了一种能提高石墨烯光吸收效率的新方法，并可以使其得到更好地利用。通常情况下，石墨烯只能吸收不到2％的光。在试图提高石墨烯光吸收效率时，研究人员曾将金属颗粒嵌入石墨烯片上，但这只是使得金属本身吸收了更多的光而并没有改变石墨烯的光吸收效率。要实现实质性的改变，必须从石墨烯的结构上下功夫。 在新的研究中，他们做到了这一点，来自佛罗里达中部大学（UCF）的团队决定改变石墨烯的形状，而不是材料的组成，以此希望获得更加显著地效果。为此，研究人员首先将其放置在聚合物基底上，然后将纳米级图案印在石墨烯上，这就在材料中形成了一个光学微腔，当光照射到材料上时，光波会在石墨烯表面来回反射，这使得石墨烯材料比平通常情况下吸收了更多的光线。图|实验团队研究人员表示，他们的设计能够使得单层石墨烯吸收超过45％的光，而且经过进一步的优化，他们认为这个数字可能达到近90％。这将极大地改善现有石墨烯的性能，并使其在更多的领域发挥巨大的作用。图|光吸收率可达到45%同时，该技术的应用也是可以随时调整的，可以使石墨烯根据不同的需要吸收不同波长的光。这也意味着它可能在光电子器件中得到更多的应用，如夜视系统，红外相机，气体和化学传感器，触摸屏和葡萄糖测试设备。石墨烯研究的不断突破似乎一直在向人们展示着其无与伦比的应用潜力，从实验室到现实世界，我们将在未来的数十年内继续见证石墨烯的新突破，相信它的大规模应用会让我们的生活更加美好，就像曾经硅改变世界一样，石墨烯也会深刻地改变我们的未来。作者 | Michael Irving编辑 | 杨子彤审校 | SoybeanTechPower科技力热爱因科技而发生

8日，2018中国国际石墨烯创新大会新闻发布会在西安召开，由中国石墨烯产业技术创新战略联盟产业研究中心编写的《全球石墨烯产业研究报告(2018)》正式发布。《报告》显示，近年来石墨烯产业发展势头迅猛，中国石墨烯产业应用领跑国际，应用市场遍地开花，产业格局初具雏形，石墨烯技术逐步“走近生活”。国家层面的政策引导、系统规划明显加速，产学研合作贯通产业链条，品牌竞争格局即将形成。据统计，截至2017年12月底，我国从事石墨烯的研发、生产、销售、推广等相关单位的数量达到4800多家，石墨烯产业的市场规模增长至70亿元，石墨烯产业呈现出快速发展趋势，石墨烯应用企业已经初具规模，并形成了良性循环的状态。此外，由西安市科学技术局、西安高新技术产业开发区管委会、中国石墨烯产业技术创新战略联盟联合主办的“2018中国国际石墨烯创新大会”，将于9月19至21日在西安召开。据悉，本届大会以“开启石墨烯产业发展新时代”为主题，届时将有来自全球范围内的石墨烯领域知名专家、各国石墨烯机构负责人以及知名石墨烯企业代表等3000余人参会。中国国际石墨烯创新大会自2014年创办以来，至今已吸引了全球30多个国家和地区的6000余人参会。另据介绍，“2018中国国际石墨烯创新大会”在西安召开，意在营造良好的石墨烯产业生态氛围，对将西安打造成为国际石墨烯“创新高地”具有重要的促进作用，助力西安打造“硬科技之都”。（来源：中国新闻网）

背靠西山阳台山，毗邻翠湖湿地，还没到达中关村翠湖科技园智谷中心就感觉到了环境优美、沁人心脾。作为新型研发机构的北京石墨烯研究院（BGI）正位于这里。成立不到两年，这里已经汇聚研发队伍200余人，未来10年规划总投资50亿元、研发人员规模800-1000人。徐鑫/she石墨烯“研发+产业”扎根北区石墨烯是当今世界最受瞩目的材料之一。它又被称为“黑金”“新材料之王”，被誉为改变21世纪的“神奇材料”。虽然只有一个碳原子那么厚，但石墨烯的强度却是钢的100倍，而且灵活度非常高。在世界主要国家把发展石墨烯相关产业上升到国家战略高度时，我国的石墨烯研究也如火如荼，众多科研机构和企业致力于石墨烯的相关研究和开发，很多地区都投入巨大力量和资金对石墨烯产业化进行攻关。2018年10月25日，北京石墨烯研究院在中关村翠湖科技园正式揭牌成立，致力于打造引领世界的石墨烯新材料研发高地和创新创业基地，瞄准未来石墨烯产业，全方位开展石墨烯基础研究和产业化核心技术研发。北京石墨烯研究院副院长魏迪介绍，北京石墨烯研究院一方面通过坚持不懈的原创性和颠覆性技术研发，争夺未来石墨烯产业的核心竞争力，充分承载国家意志；另一方面通过“研发代工”直接对接市场需求，确保市场牵引特色和可持续发展能力。体制创新破解科技经济“两张皮”谈起研发机构，大多数人的印象还是：高校院所聚集了大量的科研人员，产出大量成果却没能为产业服务，导致了科技经济“两张皮”现象。北京石墨烯研究院自成立之初就定位为新型研发机构，就是希望能在关键核心技术领域取得突破，解决诸多“卡脖子”问题，做出一些别人没有的东西，提升企业和产业的竞争力。北京石墨烯研究院刚刚成立时，院长刘忠范就提出了“研发代工”新模式。所谓“研发代工”是专业研究机构给企业“打工”做研发，针对企业的需求，组建专门的研发团队，开展“定制化”的研发，让科学家和企业家同乘一条船。魏迪介绍，企业把研发中心建在专业研究机构里，由专业人员负责研发中心的运行。企业负责提供稳定的研发经费支持，研发成果由双方共同拥有，并优先落地到代工企业，双方按约定的比例分享成果转化带来的利益。这是北京石墨烯研究院在体制机制创新方面的重要尝试，如今已运转近两年，取得了很好的成果，截至目前已达成了10个合作项目。“石墨烯人”的无限“烯”望成立不足两年，北京石墨烯研究院取得了众多突破。其采用常压化学气相沉积方法，可实现单批次25片4英寸石墨烯单晶晶圆的制备，在世界范围内领先实现了石墨烯单晶晶圆的可规模化制备。魏迪介绍，石墨烯单晶晶圆是未来高性能电子器件和光电子器件领域应用的基础材料，具有巨大的经济前景和战略意义。据魏迪介绍，北京石墨烯研究院还有许多具有广泛应用场景的落地产品，超级石墨烯玻璃赋予了传统玻璃所不具备的导电、导热、生物相容性等诸多优异特性，将大幅拓展玻璃应用领域，全面推动玻璃产业转型升级；烯碳光纤将成为传统光纤领域的变革性技术，有望在电光调制器、超快激光器、光纤探测器和传感器以及光纤通讯领域得到重要应用；折叠电池折叠10万次剩余电量为99.99%，该技术已经进入中试阶段；世界首款透明柔性石墨烯天线可应用于5G通讯；石墨烯轮胎正在与宁夏的企业进行合作……“北京石墨烯研究院在抓两件事情，一件是材料，希望将来最好的石墨烯材料在我们手上。另一件是石墨烯产业化。我希望找到石墨烯的杀手锏级应用。”北京石墨烯研究院院长刘忠范说，“作为北京全国科创中心的一部分，我们愿意做一个有实力、有担当的新型研发机构，共同推进中国高精尖产业的发展，全力推动未来石墨烯产业发展，为中关村科学城北区的发展做出我们的贡献。” （聂蕊）

2004年，英国科学家将石墨分离为石墨烯，引起世界对石墨烯的研究应用革命。超级计算机、超级飞机，甚至太空电梯都可以用石墨烯打造。这也是科学家们未来畅想的事情。今日我国又将石墨烯研发提升至一个台阶，并引起全世界广泛关注。2019年9月6日，央视媒体发表了一篇报道。经过多年攻关，我国科学家实现世界首次原子级精准控制的石墨烯折叠，这是世界上尺寸最小的石墨烯折叠。目前该成果已在国际学术期刊科学上发表。那么石墨烯折叠有什么意义呢。2017年，美国研究人员创造了一种新的超级材料，厚度仅为纸张的一百万分之一。就是石墨烯折叠产生的新材料。当这种折叠石墨烯产生压力时，瞬间会表现出令人惊奇的硬度。随后，美国利用计算机模拟与原子力显微镜进行观测，发现其硬度丝毫不逊于金刚石，便可以轻松抵御子弹的冲击，这也创造了有史以来兼顾最硬和最薄材料的记录。我们可以想象，这种材料未来将会有多么广泛的应用前景。中国突破的原子级的折叠技术意味着石墨烯可以制备出纳米结构的量子器件。据科研人员介绍，想要实现石墨烯折叠，需要操作一种特殊的显微镜——扫描隧道显微镜，光是在这种显微镜下练习操作，就需要至少几个月实现，科研人员花了一年多时间做准备，并利用一个带微弱电流的针去吸引本身也有电的石墨烯，再用针去引导石墨烯的位置。据发表的论文显示，这次不但实现了石墨烯折叠，还可以在折叠后，再将石墨烯展开，创造出多角度可调整的石墨烯纳米结构。这种双层石墨烯，除了这座量子器件，以及在量子电脑上有所应用外，其实还有一个重大作用，或将对全球能源结构产生重大影响。数据统计，目前全球已探明的石油结构，人类使用三十到五十年，天然气还可以再用六十年，煤炭则可以用两百年左右。不过这些能源总会消耗殆尽，清洁能源的研发势在必行。对此，所有科学家都指出了一个发展方向——电力能源。电是工业二级能源，他所提供的能量可以驱使百分之九十的机器运转，但目前电力发展还存在两大问题。第一是可持续清洁电力研发，第二则是电力传输损耗问题。传统电力传输损耗一般在15%到20%左右，而且距离越远损耗越大。我国虽然研发出了特高压输电技术，在依然会产生3%左右的损耗。那有没有一种传输材料，可以实现电力零损耗传输呢。1911年荷兰一位物理学家在一次电力实验中发现，当贡被冷却至零下273度时，电子能够无损耗通信，这种零电阻状态，也被称为超导电性。但遗憾的是绝对零度下的贡生产成本异常高，无法进行商业化应用。随后在1980年，美国也发现了一种零电阻材料，但依然无法稳定实现超导状态，甚至曾有科学家绝望的说道，人类或许永远也无法实现电力零损耗传输，而这种笼罩在各国科学家头上，近百年的阴影被我国一名大学生突破。2018年在麻省理工攻读博士的中国留学生曹原在学院中发现，两层石墨烯叠加时，轻微的偏移效应会使材料发生剧烈变化，使之具备超导体的特征。该发现曾被世界顶级科技杂志在一天内连续刊登两篇文章报道，引起了全国物理学家对石墨烯的研究，也希望开发出零电力消耗的超导材料。庆幸的是，这次又是中国率先突破。相比其他材料，石墨烯问世15年。而他却给人类带来了太多惊喜与震撼。未来，随着科学家深入了解，将会带给我们更多意想不到的震撼。西班牙趣味月刊曾发表了一篇题为巨人的觉醒，文章里面提到中国的研究和工程人员正在往各个领域努力，而在未来将有很大一部分先进技术，从中国实验室诞生。

导读最近，美国罗格斯大学新伯朗士威校区的科学家们已经研究出如何驯服石墨烯中那些“野蛮”的电子。这项研究为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。关键字石墨烯、电子、晶体管背景石墨烯，是一种性能卓越的特殊二维材料。2004年，科学家从石墨中成功剥离出石墨烯。此后，石墨烯由于其独特的性能，一直都是科学界和工业界关注的热点。石墨烯具有单层碳原子组成的蜂窝状结构，其厚度仅有人类发丝直径的百万分之一，但强度却胜过钢铁百倍，而其导电性能比铜更好，所以非常适用于电子器件。虽然石墨烯是一种优良的导体，但是其中的电子运动得有些“野蛮”，当电子通过石墨烯时，仍然保持直线和高速，无法受到阻止和控制。这一问题阻碍了它进一步应用于半导体电子元器件。罗格斯大学艺术与科学学院物理和天文学系教授、论文的高级作者 Eva Y.Andrei 说：“如果遇到障碍，它们无法折回，必须强行通过。人们一直在想办法控制和驯服这些电子。”创新科学家们一直在努力尝试解决这一问题。美国罗格斯大学新伯朗士威校区（Rutgers University-New Brunswick ）的科学家们已经研究出如何驯服石墨烯中那些“野蛮”的电子，为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。（图片来源：Yuhang Jiang / 罗格斯大学新伯朗士威校区）技术据 Andrei 称，她的团队希望通过具有极度敏锐的探头（如同一个原子般大小）的高科技显微镜发送电压，驯服这些“野蛮”的电子。他们通过扫描隧道显微镜发送电压，创造出一个类似光学系统的东西，而扫描隧道显微镜可提供原子级的表面3D视图。这些显微镜敏锐的探头创造出一个力场，囚禁住石墨烯中的电子，或者改变它们的轨迹，这有点类似于镜头对于光线的改变。电子被轻易地囚禁和释放，从而提供一种开关机制。她说：“你无需在石墨烯中打洞，就可以囚禁电子。如果你改变电压，你可以释放电子。所以你可以随意地抓住和释放它们。”价值Eva Y. Andrei 表示：“该研究显示我们能够以电气方式控制石墨烯中的电子。我们以前无法做到这点。这就是为什么人们认为无法制造出类似晶体管的设备（这样的设备需要石墨烯中的开关），原因是其中的电子会失去控制。”Andrei 称，现在用石墨烯制造出纳米级晶体管将不再是不可能的。迄今为止，石墨烯电子元件包括了超高速的放大器、超级电容、超低电阻率电线。石墨烯晶体管的加入，将成为朝着全石墨烯电子平台迈出的重要一步。基于石墨烯的其他应用包括超灵敏的化学和生物传感器、用于脱盐和净化水的过滤器。石墨烯也被开发出为扁平的柔性屏幕以及可绘画可印刷的电子电路。（图片来源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）未来Andrei 称，下一步的进展将会是在石墨烯顶层放置极细的导线（纳米线），通过不同的电压控制电子。参考资料【1】https://news.rutgers.e/taming-%E2%80%98wild%E2%80%99-electrons-graphene/20171022#.WedsEltSy70【2】http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2017.181

继2018年后，魔角石墨烯研究团队再度在顶级学术期刊《自然》上连发两篇论文。5月6日，两篇魔角石墨烯相关研究的论文在《自然》杂志背靠背发表，其中一篇介绍了扭曲双层-双层石墨烯中可调相关态和自旋极化相；一篇介绍了魔角石墨烯中的扭曲角无序和朗道能级，并以0.002度的角分辨率首次对整个魔角石墨烯结构进行了成像和制图。（财新）

央广网上海5月22日消息（记者傅闻捷 通讯员陈琳）近日，复旦大学物理学系教授吴施伟课题组实现石墨烯中三阶非线性效应的电学调控并揭示其机理。伦敦时间5月21日，研究成果以《石墨烯中无质量狄拉克费米子三阶非线性光学响应的电学调控》(Gate-tunable third-order nonlinear optical response of massless Dirac fermions in graphene)为题以长文(Article)形式在线发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)。复旦大学物理学系教授刘韡韬为本文的合作通讯作者，课题组博士生江涛、黄迪为本文的共同第一作者。石墨烯是仅由单个碳原子层组成的蜂窝状材料。由于其独特的晶格与能带结构，石墨烯中的载流子没有静止质量，运动速度大小固定，只能改变方向。它们的行为遵从狄拉克相对论性量子力学方程，故此也称为无质量狄拉克费米子。自发现以来，石墨烯的特殊性质、及其引发的许多新奇有趣的现象一直是前沿科学研究的焦点，石墨烯的非线性效应是其中的重要一环。此前，科学界已注意到石墨烯强烈的三阶非线性效应，这使石墨烯在微纳光子学、激光产业、光通信、量子信息与计算、生物成像等领域具有巨大的应用潜力。然而，过去的实验报道对石墨烯三阶非线性系数无法形成统一的观点，不同实验结果甚至有着高达6个数量级的差异。吴施伟等意识到，石墨烯中的三阶非线性响应是由多个量子共振跃迁通道协同竞争形成的整体效应，提出了采用离子凝胶技术制备石墨烯场效应晶体管器件，通过大范围调控石墨烯中的载流子密度和化学势来逐一控制相关量子共振跃迁通道的研究方法。研究人员发现，石墨烯中的化学势会强烈地影响其三阶非线性光学响应，而且不同的三阶非线性效应对化学势的依赖关系完全不同。对于加法类型的三阶非线性效应，如三次谐波（Third Harmonic Generation, THG）和加法型四波混频（Sum-Frequency Mixing，SFM），当调高化学势关断单光子、双光子共振通道后，三阶非线性效应反而会极大地增强（>30倍）；与此相反，对于减法类型的三阶非线性效应，如减法型四波混频（Difference-Frequency Mixing，DFM）和光学科尔效应（Optical Kerr effect），同样对单光子、双光子通道的关断反而会使得三阶非线性效应的强度出现剧烈下降，对石墨烯非线性光学系数的微观量子理论计算进一步支持了上述结论。吴施伟解释道：“这种不同量子共振跃迁通道之间的干涉效应，类似于家喻户晓的《三个和尚》的故事。在石墨烯低掺杂的情形下，‘石墨烯加法三阶非线性效应’这座庙里，有相互拆台的三个和尚A、B和C，三个人不仅不合作挑水，反而还相互推脱偷懒，结果都没水喝（三阶非线性效应很弱）；直到有一天，和尚A外出云游了（调高掺杂浓度），三个和尚之间的僵持被打破了，剩下来的两个和尚尽管还是相互不服气，但是和尚C能说会道，说服了和尚B一块挑水喝（三阶非线性效应增强）；后来和尚B也外出云游了（进一步调高掺杂浓度），和尚C乐得清静，自己一个人担水自己喝（三阶非线性效应进一步增强）。有趣的是，在‘石墨烯减法三阶非线性效应’这座庙里的三个和尚D、E和F却完全是另一种情况，这三人感情很好，都争着去担水，因此完全不愁水喝（三阶非线性效应很强），但是后来和尚D和E陆续下山化缘了（调高掺杂浓度），因此担水能力反而下降了（三阶非线性效应减弱）。概括地说，石墨烯三阶非线性效应的量子共振跃迁通道之间存在竞争/合作的机制，随着调节化学势，主导竞争与合作的力量会此消彼长，从而最终导致了研究成果中观察到的有趣现象。”研究团队揭示了跃迁通道间的干涉效应在石墨烯非线性光学效应中的主导作用，澄清了之前国际上不同课题组在三阶非线性光学系数上分歧的来源，并且指出了通过化学势来大范围调控石墨烯非线性光学效应的途径。与此同时，本研究工作制备出了国际上首个基于石墨烯三阶非线性光学效应的电光器件，电学的调控比可达几个数量级。鉴于近年来石墨烯在大面积低成本生长制备方面的重大突破，这一电光调控机制有望为石墨烯产业提供一种杀手锏级别的高端应用。