石墨烯電子結構最重要的特點之一是具有被稱為“谷”（valley）自旋的二重自由度。如何在石墨烯體系中實現“谷”自旋極化流一直是近些年石墨烯基礎研究領域的一個重要目標。人們期望對“谷”自旋自由度進行量子操控，使之能應用于未來的信息技術。 

近來人們發(fā)現石墨烯中非均勻的力學應變可以誘導出贋磁場，該磁場在兩個能谷K和K'，大小相等但方向相反。實驗上人們已經證明該贋磁場可達300T，遠遠超過目前人類在實驗室所能實現的穩(wěn)恒磁場（約為45T）。因此，如何在石墨烯中產生非均勻應變，進而產生設計的贋磁場并實現“谷”自旋的操控是近年來石墨烯研究領域的熱點問題。中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室研究員常凱和北京計算科學研究中心張東波博士最近合作提出了一個全新的方案——扭曲石墨烯條帶。該方案提出將石墨烯轉移或沉積于柔性襯底上，通過扭曲柔性襯底以產生一個非均勻的應變場，從而引致一個非均勻磁場。他們首次利用DFTB方法計算寬度達100納米的石墨烯條帶的電子結構，發(fā)現無論是鋸齒邊還是扶手椅邊的納米條帶，都存在贋磁場引致的邊緣態(tài)。這類邊緣態(tài)不依賴于邊界的形狀，而且是純“谷”邊緣態(tài)，即K谷電子流向一個方向，則K'谷流向相反方向。兩邊邊界的谷電流方向相反。同時在扭曲石墨烯中心發(fā)現蛇形軌道（snake orbit）的存在。令人驚訝的是，通過較小的力學扭曲（約為60度），可以在石墨烯條帶中產生高達180T的穩(wěn)恒磁場。 

文章發(fā)表在《物理評論快報》上（D. B. Zhang, G. Seifert and Kai Chang*, Strain induced pseudo magnetic field in twisted graphene nanoribbon, Physical Review Letters 112，096805 (2014)）。

扭曲石墨烯納米帶中應變引致的贋磁場