材料科学领域的一项突破性研究揭示了在铜基底上生长的双层石墨烯存在一种独特的“双面各异”掺杂机制。这一发现不仅深化了人们对二维材料界面行为的理解，也为设计和制备具有定制化电子特性的石墨烯器件开辟了新的可能性。
石墨烯，以其优异的电学、力学和热学性能，自发现以来便被誉为“神奇材料”。在实际应用中，通过化学掺杂调控其载流子类型和浓度是实现器件功能化的关键。传统观点认为，对于放置在基底上的石墨烯，基底的影响通常被理解为对其整体性质的均匀调制。这项最新研究聚焦于在铜箔上通过化学气相沉积法生长的双层石墨烯，通过精密的原位光谱技术与理论计算相结合，首次清晰观测并阐释了其顶层与底层面对不同化学环境时所表现出的截然不同的掺杂行为。
具体机制在于，双层石墨烯的底层与铜基底直接接触，形成紧密的界面。铜基底作为电子供体，会向与之接触的石墨烯底层注入电子，导致底层呈现n型（电子）掺杂特性。与此双层石墨烯的顶层则暴露在空气或实验气体环境中。研究发现，环境中的氧分子或水分子等吸附物种，倾向于从石墨烯顶层抽取电子，从而在顶层诱导产生p型（空穴）掺杂效应。这种上下两层分别与金属基底和外部环境发生非对称的电荷转移，最终导致同一片双层石墨烯的两个面处于不同的掺杂类型与能级状态，形成一种内置的、面间异质的电子结构。
研究团队利用角分辨光电子能谱和拉曼光谱映射等技术，直接探测到了这种面间掺杂差异的电子结构和振动特征。理论模拟进一步证实，这种非对称掺杂状态稳定存在，并且可以通过改变外部环境（如气压、气体种类）或选用不同的金属基底进行有效调控。
这一“双面各异”机制的揭示具有重要的科学意义与应用潜力。它挑战了将支撑基底上的石墨烯视为均一体系的简化模型，强调了界面工程在二维材料性质调控中的核心作用。这种天然形成的面间异质结，无需复杂的转移或堆叠工艺，为实现新型垂直电子器件、传感器和催化平台提供了新颖的范本。例如，利用这种结构可以构建面内载流子分离体系，在光电转换或化学传感中展现独特优势。通过精确设计基底材料、界面层和外部环境，研究人员有望实现对这种双面掺杂类型和程度的“按需定制”，从而推动石墨烯在下一代电子、光电子及能源技术中的实际应用迈出关键一步。
