Nano Res.[碳]│[纳米铁磁性] 国家纳米中心孙连峰团队：sp²中的局域铁磁性

背景介绍

传统铁磁性材料中铁磁性来源于3d或4f电子，而石墨烯、碳纳米管的碳原子中呈现2s与2p电子构成的sp²杂化，通常认为这些碳材料是典型的抗磁性材料。然而，许多工作表明这些sp2^的碳材料中存在本征的局域铁磁性，引起了人们的广泛兴趣。

成果简介

文章介绍了碳纳米管以及石墨烯中诱导产生铁磁的各种方法，通过磁力显微镜、综合物性测试系统的磁化曲线、X射线磁性圆二色谱、扫描隧道显微镜、微型化磁粉探测技术、反常霍尔效应、碳纳米管悬臂梁弯曲挠度研究、各向异性磁阻测试以及自旋相关器件构建和特性研究，证明碳基材料中的局域铁磁性。讨论了这些方法面临的挑战和未来发展方向。碳基材料中铁磁性的发现，为研究碳基纳米材料中的奇异物性以及碳基自旋电子学集成电路奠定了基础。

图文导读

图1总结了碳纳米管（图上半部分）、石墨烯（图下半部分）中分别诱导出铁磁性的方法。

（1）碳纳米管：剪切碳纳米管端部或者径向开口可产生铁磁性，碳纳米管包裹分子或者在碳管上修饰分子可以诱导出铁磁性。

（2）石墨烯：轻原子（H、F等）吸附、邻近效应、构造边缘态及转角双层石墨烯可诱导出铁磁性。

图1. 碳纳米管、石墨烯的铁磁性诱导方法

作者简介

王文祥，国家纳米科学中心/中国科学院大学2021级博士生，师从孙连峰研究员与李勇军研究员，主要从事碳管铁磁性及应用研究。

李勇军，国家纳米科学中心副研究员。2015年在中国科学院化学研究所获得博士学位。2018年加入国家纳米科学中心，主要从事二维磁性半导体和碳基纳米材料的磁学性质与应用研究。

孙连峰，国家纳米科学中心研究员，博士生导师。曾获得国家自然科学二等奖，中国科学院自然科学一等奖，北京市自然科学二等奖，中国科学院院长特别奖。坚持碳基研究二十多年，发现了SP²碳中的巨磁矩效应，构建成功自旋场效应晶体管。

文章信息

Wang W, Impundu J, Jin J, et al. Ferromagnetism in sp² carbon. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-023-5972-8.