Неспаренный спин придает графену магнитные свойства

                   Схематическое изображение эксперимента по наблюдению ферромагнетизма в графеновых наноструктурах.
Схематическое изображение эксперимента по наблюдению ферромагнетизма в графеновых наноструктурах.
 

Группа исследователей из США в своей последней работе привела убедительные доказательства того, что графеновые наноструктуры, функционализированные введением нитрофенильных групп, могут обладать ферромагнитными свойствами при комнатной температуре. Эффект, до сих пор предсказывавшийся лишь теоретически, является многообещающим с точки зрения изготовления новых спинтронных устройств на основе углеродного материала.

Графен, представляющий собой слой углерода толщиной в один атом, является перспективным материалом для изготовления молекулярных электронных устройств будущего, благодаря своим уникальным механическим и электронным свойствам, в частности, высокой электро- и теплопроводности, а также высокой механической прочности.

Теперь же, благодаря последним достижениям исследователей из Florida International University, а также их коллег из Berkeley, Riverside и Georgia Institute of Technology (США), в перечень удивительных особенностей может быть добавлен ферромагнетизм при комнатной температуре.

Группа ученых сделала свое открытие, благодаря детальному исследованию низкотемпературной магнитотранспортной и сверхпроводящей квантовой интерференции, а также измерениям, выполняемым с помощью вибрационной магнитометрии, на образцах графена, функционализированных с помощью нитрофенильных групп.

Исследования показали, что

изучаемый материал может проявлять свойства органического молекулярного магнита с ферромагнитным и антиферромагнитным порядком, который сохраняется при температуре выше 400 градусов по шкале Кельвина. Стоит отметить, что данными измерениями научная группа занималась с 2008 года.

Как показала научная работа, нитрофенильная группа в данном случае прекращает в графене сопряжение электронных спинов на периодической структуре, образуемой атомами углерода. Взаимодействие между этими неспаренными спинами и приводит к проявлению наблюдаемого магнитного порядка. Как считают ученые, аналогичные свойства потенциально можно обнаружить и в листах графена, функционализированных при помощи атомов водорода.

Рассказывая о своей работе, ученые делают акцент на том, что они придерживаются стратегии функционализации углеродного материала сравнительно мягкими химическими методами, а не преобладающего в научном мире метода введения дефектов в графен, представляющего собой более агрессивную стратегию.

Как они считают, несмотря на то, что предыдущие исследования выявили много интересных свойств «дефектного» материала, большое количество дефектов может препятствовать образованию на краях материала зигзагообразных структур, задействованных в формировании магнетизма.

По данным ученых, функционализированный с помощью нитрофелиновой группы графен может использоваться в качестве нового однослойного магнита. Он также может применяться для производства нового типа спинтронных устройств, полностью построенных на углеродных соединениях (которые в своей работе эксплуатируют неспаренные спины).

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Nano.

<dl class="source-list">

 

</dl>