亚纳米曲率开启石墨的量子弯曲电致效应

弯曲电致效应是由于应变梯度诱导的极化现象，在二维材料中尤为显著，因为它们具有良好的机械灵活性和对机械变形的高度敏感性。在纳米结构中具有亚纳米曲率时，这一效应由量子力学极化和静电调制主导，而不仅仅是经典晶格变形。本文首次直接实验和理论证明了石墨波纹中巨大的本征量子弯曲电致效应，极化密度（P_{th} ~ 4 C/m^{2}, P_{exp} ~ 1 C/m^{2})远高于宏观系统的5-7个数量级。这些波纹在尖端处具有亚纳米半径曲率，发生原子水平的折弯，导致局部应变场，如亚微米拉曼光谱所证实。这些曲率为π轨道跨原子层的相互作用创造了不对称性，进而导致局部极化密度。库仑探针力学显微镜揭示了曲率依赖的工作函数位移，与弯曲电致效应一致，而电导原子力显微镜检测到可重复的弯曲电致电流，阈值电压（{\Phi}th ~1 V）与ab initio计算预测的带内偏移约为1.2 V。这些结果确认了弯曲电偶极如何重塑局部电子势。石墨波纹因此为发现量子弯曲电致效应提供了最纯净的平台：这种基本普遍的效应，其在最简单晶体材料中的研究可阐明固体物质、软物质和生物系统中的机电行为。