近日，量子信息与量子科技前沿协同创新中心在分子尺度量子调控研究领域取得新进展。研究人员利用原子力针尖诱导的局域催化还原反应实现了在单层氧化石墨烯上直写纳米图形和制备功能器件，该结果以“Direct-Writing of Electronic Devices on Graphene Oxide by Catalytic Scanning Probe Lithography”为题在线发表在11月13日出版的《自然-通讯》杂志上。
单层石墨烯具有独特的电子结构和电学、热学、力学性能，有望成为未来信息器件的理想材料。如何在二维的石墨烯上直接裁剪或制备出各种纳米图形，是实现人们梦想的全碳基电路的前提，也被认为是石墨烯研究领域最具挑战的方向之一。
针对上述挑战，量子信息与量子科技前沿协同创新中心的王晓平教授研究组和罗毅教授研究组紧密合作，提出了在绝缘的氧化石墨烯上通过局域的还原反应，直接制备导电的纳米图形并构筑器件及互联电路的新设计思想。博士生张琨等人利用镀铂原子力针尖的局域催化作用，在氢气氛和低温加热的条件下，制备出最小宽度仅20 nm的还原石墨烯条带图形，其电导率超过104 S/m，比氧化石墨烯提高了6个数量级。利用此方法，他们还成功演示了纳米互联电路和场效应晶体管器件，器件的迁移率可达20 cm2/Vs，明显优于目前常用的导电聚合物和非晶硅场效应管器件的迁移率性能。此外，他们通过理论计算，揭示了这种局域还原反应的微观机理。这一技术具有图形和器件可直写、线条宽度可控、制备条件温和（任意衬底、常压、近室温）、同现有微电子技术兼容等显著优点，因而有望推动石墨烯纳米器件、电路与集成的最终实现和应用。
这项研究得到了国家重大研究计划量子调控项目和国家自然科学基金委创新研究群体等项目的资助。