来自哥廷根和帕萨迪纳（美国）的研究人员制作了一部“原子级电影”，展示了氢原子如何在研究过的最快反应中与石墨烯化学结合。该团队发现，通过将氢原子粘附到石墨烯上，可以形成带隙。

氢原子（蓝色）撞击石墨烯表面（黑色）并与碳原子（红色）形成键。氢原子的高能量首先被相邻的碳原子（橙色和黄色）吸收，然后作为声波传递给石墨烯

研究小组用氢原子轰击石墨烯。“氢原子的表现与我们预期的完全不同，”生物物理化学马克斯普朗克研究所（MPI）表面动力学系主任，哥廷根大学物理化学研究所教授Alec Wodtke说。“氢原子不是立即飞走，而是短暂地粘附在碳原子上，然后从表面反弹。它们形成一种瞬态化学键，”Wodtke惊叹道。其他一些东西也让科学家感到惊讶：氢原子在撞击石墨烯之前有很多能量，但是当它们飞走时没有太多能量。似乎氢原子在碰撞时失去了大部分能量，但仍然需要检查。

为了解释这些令人惊讶的实验观察，哥廷根MPI研究员Alexander Kandratsenka与加州理工学院的同事合作开发了理论方法，他们在计算机上进行了模拟，然后与他们的实验进行了比较。通过这些与实验观察结果非常吻合的理论模拟，研究人员能够再现原子的超快速运动，形成瞬态化学键。“这种粘合力仅持续约10飞秒 - 十亿分之一秒。这使其成为有史以来最快的化学反应之一，”Kandratsenka解释说。

“在这十个飞秒期间，氢原子几乎可以将所有能量转移到石墨烯的碳原子上，并触发从氢原子撞击石墨烯表面向外传播的声波，就像一块落下的石头Kandratsenka说：“进入水中并触发波浪。” 声波有助于这样一个事实，氢原子可以更容易地与碳原子结合，这比科学家们预期和以前的模型所预测的那样。

研究团队的成果为化学键合提供了根本性的新见解，并且可以引起业界的极大兴趣; 将氢原子粘附到石墨烯上可以产生带隙，使其成为有用的半导体，并且在电子学中更加通用。

根据哥廷根大学项目组负责人OliverBünermann的说法，该团队在执行和运行这些实验方面投入了大量精力。“我们必须在超高真空中将它们带出来，以保持石墨烯表面完全清洁。” 科学家们还必须在实验前使用大量的激光系统来制备氢原子，并在碰撞后检测它们。