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第一作者：Cheng Hu, Jiajun Chen, Xianliang Zhou, Yufeng Xie

通讯作者：史志文

通讯单位：上海交通大学

论文速览

范德华(vdW)组装低维材料已被证明具有创建具有按需属性的结构的能力。据预测，vdW封装可以引起几个GPa的局部高压，这将强烈改变被捕获材料的结构和性质。本文研究了范德华（vdW）封装对碳纳米管（CNTs）结构的影响。

研究表明，通过简单地用六方氮化硼（hBN）片覆盖CNTs，大部分CNTs（约77%）从管状结构转变为塌陷的平面结构。所有塌陷的CNTs均展现出约0.7纳米的均匀高度，这大致相当于双层石墨烯的厚度。通过拉曼光谱进一步确认了CNTs的结构崩溃，显示出拉曼G峰的显著展宽和蓝移。通过分子动力学模拟确认了vdW封装诱导的CNTs塌陷过程，揭示了局部vdW压力可达数GPa。

此外，近场光学表征揭示了CNT结构塌陷伴随的金属-半导体转变。本研究不仅提供了一种方便的方法来产生局部高压以进行基础研究，而且还为纳米电子应用提供了一种塌陷的CNT半导体。

图文导读

图1：hBN封装诱导的CNT结构塌陷示意图。通过原子力显微镜（AFM）测量的CNT直径为1.8纳米，hBN封装后其高度从1.8纳米降至0.7纳米，表明CNT发生了结构塌陷。通过拉曼光谱进一步确认了CNT的塌陷，G峰宽度从11 cm⁻¹增至63 cm⁻¹，蓝移7 cm⁻¹。

图2：通过分子动力学（MD）模拟展示了hBN封装CNT的过程。模拟显示，局部压力可达约10 GPa，与之前预测相符。模拟结果表明，不同直径的CNT在vdW层间作用下都会严重压缩。

图3：统计CNT塌陷比例的分布直方图。在hBN封装的CNT中，约77%的CNT发生了塌陷，这表明了相当高的塌陷比例。

图4：通过近场光学表征揭示CNT结构塌陷伴随的金属-半导体转变。选择一个特定CNT样本，该样本在hBN覆盖区域内既有塌陷部分也有圆形部分，以便直接观察塌陷引起的近场光学响应变化。

总结展望

本研究展示了通过vdW封装产生局部数GPa高压的新方法，这种方法能够以高达约77%的比例诱导CNTs的结构塌陷。通过分子动力学模拟和实验观察，我们证实了结构塌陷能够在金属CNT中打开能隙，诱导金属-半导体转变。

这为制造具有可调谐能隙的塌陷CNTs提供新方法，有利于其在电子和光电子领域的实际应用。此外，vdW封装为探索纳米尺度的新型高压现象提供了一种简便的方法。

文献信息

标题：Collapse of carbon nanotubes due to local high-pressure from van der Waals encapsulation

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47903-3

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