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近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心科研人員參與國際合作研究，研發(fā)了一種工業(yè)兼容的“無序?qū)o序”(DTD)合成技術(shù)，實現(xiàn)晶圓級超潔凈單層非晶碳(UC-MAC)的秒級制備，開發(fā)了UC-MAC膜應(yīng)用于高精度質(zhì)子束生成的原創(chuàng)應(yīng)用。該研究成果以“Ultraclean monolayer amorphous carbon yields a high-precision proton beam”為題發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上。

此項研究成果同時解決了二維非晶材料領(lǐng)域兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)——規(guī)模化高質(zhì)量制備與功能性驗證。科研人員通過采用新的“無序到無序”(DTD)合成技術(shù)，攻克了高質(zhì)量超潔凈單層非晶碳(UC-MAC)的工業(yè)化兼容制備和表面金屬污染難題。

科研人員通過精確調(diào)控氫分子離子束的流強(qiáng)和束斑尺寸，可將離子束聚焦至百納米量級。借助這一技術(shù)優(yōu)勢，研究人員成功實現(xiàn)了氫分子離子束與真空中懸浮的、受銅網(wǎng)支撐的微米級單層非晶碳膜的精準(zhǔn)相互作用，從而精確實現(xiàn)“氫分子離子僅與單層膜碰撞”這一極限實驗條件。高能氫分子離子微束實驗與約束密度泛函理論計算揭示了MAC作為原子級薄層?？啄げ牧系念嵏残詰?yīng)用潛力：該材料可實現(xiàn)氫分子離子的離子化。實驗表明，氫分子離子穿透MAC膜產(chǎn)生的質(zhì)子散射率遠(yuǎn)低于穿透單原子層石墨烯(約低51%)和商用碳膜(約低98%)的情況，驗證了其優(yōu)異的高精度質(zhì)子束生成能力，為開發(fā)下一代強(qiáng)流質(zhì)子治療技術(shù)開辟了新路徑。

本項研究工作由新加坡國立大學(xué)、香港城市大學(xué)、中國科學(xué)院近代物理研究所、北京大學(xué)、新加坡科技研究局等單位共同完成。新加坡國立大學(xué)林會會博士和呂品博士、香港城市大學(xué)江健博士、中國科學(xué)院近代物理研究所竇彥昕研究員為論文共同第一作者，新加坡國立大學(xué)呂炯教授、香港城市大學(xué)曾曉成教授、北京大學(xué)趙曉續(xù)研究員為論文共同通訊作者。