氫原子（藍色）“撞擊”石墨烯表面，與碳原子（紅色）形成超快鍵合，其攜帶的能量首先被臨近碳原子（橙色和黃色）吸收，然后以聲波的形式傳遞到石墨烯表面。

石墨烯被譽為“一種非凡的材料”：由純碳構成，僅單原子層厚度，然而卻非常穩定，還能導電。對于電子產品而言，石墨烯的最大缺陷在于它沒有帶隙，因此不能作為半導體。研究人員認為，將氫原子“粘附”在石墨烯表面，就能形成帶隙。

據sciencedaily.com網站5月3日報道，《科學》雜志近日發表論文顯示，德國哥廷根大學和美國加州理工學院的研究人員合作制作了一部“原子級電影”，展示了氫原子與石墨烯之間發生的化學反應。該反應可能是迄今觀察到的最快反應之一。相關成果發布于《科學》雜志。

為了研究兩者之間的化學反應，研究人員利用氫原子轟擊了石墨烯。哥廷根大學教授AlecWodtke解釋說：“氫原子的行為與我們的預期大相徑庭。氫原子并未立刻彈開，而是短暫地‘粘’在了碳原子上，然后才從表面彈回。氫原子和碳原子之間可能形成了一種短期化學鍵。”另一件讓科學家們感到不解的事情是：氫原子在撞擊石墨烯之前曾攜帶了大量能量，但當它們離開石墨烯表面時能量卻所剩無幾了。氫原子在碰撞中失去了大部分能量，那么能量去哪里了呢？

為了解釋這些令人費解的實驗觀測結果，研究人員AlexanderKandratsenka與加州理工學院的同仁們合作開發了理論模型，并在計算機上進行了模擬。結果顯示，理論模型與實際觀察結果吻合良好。在Kandratsenka等開發的理論模型的幫助下，研究人員最終得以重現形成瞬態化學鍵時原子的超高速運動情況。Kandratsenka說：“瞬態化學鍵的持續時間僅約10飛秒。這使得氫原子與石墨烯的反應成為直觀觀察下的最快化學反應之一。在這短暫的10飛秒內，氫原子幾乎將所有的能量轉移給碳原子。此外，它還觸發了聲波——這與將石頭丟進水中的情況很相似。聲波的作用在于，研究人員認為氫原子和石墨烯碳原子的結合比預期更容易。”

Kandratsenka等的研究成果為化學鍵合提供了具有根本性的新見解。由此對工業產生的積極作用也是顯著的。將氫原子“粘”在石墨烯上，可以使石墨烯產生帶隙，從而將其轉化為有用的半導體。

哥廷根大學研究人員OliverBunermann透露，建立和運行這些實驗需要付出巨大的努力。他說：“我們必須在超高真空下進行實驗，并在實驗前使用大量的激光系統來制備氫原子，然后在碰撞后進行探測。哥廷根大學等機構的優秀技術人員是實驗成功的關鍵。”