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中国科大实现二维石墨烯的室温铁磁性

中国青年报客户端讯(通讯员 桂运安 中青报·中青网记者 王海涵 王磊)近日,中国科学技术大学国家同步辐射实验室闫文盛教授研究组与孙治湖副研究员合作,通过磁性金属原子精确可控掺杂的策略,实现二维石墨烯的室温铁磁性。相关成果日前发表于《自然·通讯》。

石墨烯以其独特的力学和电学特性,被称为“神奇材料”,也是下一代自旋电子学应用中极具前景的材料。如何在石墨烯中诱导出稳定的室温铁磁性,是石墨烯基自旋电子学器件制备面临的首要问题之一。

目前,研究人员已尝试多种途径来实现石墨烯中的铁磁有序,但获得的磁矩往往相对较弱且不稳定,铁磁有序无法在室温下维持。

该研究组基于以往磁性调控研究经验,认为精确可控的磁性过渡金属掺杂是解决这一问题的有效方案。为了克服将过渡金属原子嵌入石墨烯晶格的巨大势垒,他们在共掺杂氮原子的辅助下,将钴原子稳定地锚定在石墨烯晶格中,从而在石墨烯中激活了室温铁磁性。

该研究组利用两步浸渍-热解的方法,在氮原子辅助下,将钴原子掺杂在石墨烯晶格中,使样品在室温下饱和磁化强度为0.11emu/g,居里温度达到400 K。

再通过同步辐射软、硬X射线谱学技术和多种X射线谱学解析方法,研究人员证实样品中的钴是以平面四边形四氮化钴结构单元原子级分散于石墨烯晶格中,排除了磁性起源于钴相关第二相的可能,四氮化钴结构单元是室温铁磁性的主要来源。

中国科大实现二维石墨烯的室温铁磁性

图示:精确可控的钴原子掺杂激活石墨烯室温铁磁性

中国科大实现二维石墨烯的室温铁磁性

图示:同步辐射X射线谱学和常规表征证实钴原子以四氮化钴形式分散于石墨烯晶格中

来源:中国青年报客户端

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