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利用原子空位使石墨产生磁性

  使用原子空位使石墨具有磁性

  西班牙物理学家发现,通过去除石墨材料表面上的单个原子,产生原子空位可以在石墨中产生局部磁矩。该研究结果有助于开发使用非金属和生物相容性材料制造磁体的新方法,并且比现有磁体更轻且更便宜。
\\ u0026>这项研究由马德里自治大学和马德里材料科学研究所的研究小组完成,并在最近发表的“物理评论快报”上发表。在实验中,研究人员使用了高阶热解石墨,这是AB-AB模式下的一层石墨烯层。他们首先在超净环境下切割一层A层石墨烯,确保石墨表面完全没有杂质,然后使用低能量的离子辐射来置换表面上的原子以产生一个空位。
\\ u0026>研究小组通过自制的低温扫描隧道显微镜发现,在每个原子空位的顶部出现了费米能级附近的尖峰共振现象。许多理论研究都预测了这种现象,但这是第一次通过实验观察到的。研究人员解释说,由于电子和电子之间的排斥作用,每个原子空位的共振对应于一个磁矩,这导致电子自旋排列成一排,从而形成一个磁矩。而且,不同位置的空位产生不同的磁矩,磁矩彼此相互作用,从而通过简单地除去单个碳原子就可以使整个石墨材料肉眼可见。参与该研究的Ivan Brihunga表示,由于一对电子彼此共价结合,普通的碳基材料通常不会表现出磁力。总自旋的电子为零,所以净磁矩不可能存在。一旦从石墨表面除去碳原子,被共价键束缚的电子对被破坏,单个电子产生局部磁矩。
\\ u0026>这一结果不仅证实了理论模型的准确性,而且具有深刻的意义。例如,观察到的共振可以增强石墨的化学反应性;在应用中,该技术可用于制造在电子和生物医学领域具有良好前景的创新型非金属磁体。另外,石墨磁体的生产成本比常规磁体低,其中1吨碳的价格小于1吨镍的价格的千分之一,并且石墨磁体也是轻质的,柔性的等等。然而,迄今为止,所报道的石墨磁体的磁性已经远远超过了现有最强磁体的磁性。 Brichega说,通过从石墨烯材料中去除原子来创造原子空位将对材料的机械,电和磁性质产生重大影响,目前纳米技术面临的紧迫挑战之一是如何将石墨与真正的电子器件。这个实验最光明的未来是旋转电子学应用于未成对电子自旋的新一代电子器件的开发。 (来源:科技日报陈丹)

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