【儀表網 儀表研發】石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。其具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。
 

　　據悉，石墨烯是目前世界上薄、堅硬的納米材料，厚度僅0.335納米，相當于頭發絲的二十萬分之一，硬度卻是同等規格鋼材的200倍，被材料學家親切地稱為“黑金”。從科學定義上講，石墨烯是碳原子以SP2雜化軌道按照蜂巢晶格排列構成的單層二維晶體，具有強導電性、超強硬度與韌性、特異導熱性和高透光性等優異性能。
 

　　此外，由于其特殊的載流子遷移率、較長的自旋擴散長度、較弱的固有自旋軌道耦合和有限的超精細相互作用，石墨烯也被認為是下一代自旋電子應用的極有前途的材料。
 

　　然而，在自旋電子器件的實際應用中，均要求石墨烯基材料在室溫以上是鐵磁性的但原始石墨烯本質上恰恰是反磁的，缺乏局部磁矩。到目前為止，實現石墨烯基室溫磁體，仍然是一個巨大的挑戰。
 

　　近日，一篇發表在《自然?通訊》(Nature Communications)上。中國科學技術大學國家同步輻射實驗室閆文盛教授研究組與孫治湖副研究員合作，他們通過研究實驗證明：通過借助配位N原子嵌入孤立的Co原子，可以在石墨烯中獲得TC高達400 K、飽和磁化強度為0.11 emu g−1 (300 K)的強室溫鐵磁性。
 

　　廣泛的結構表征表明，正方形平面的Co- n4在石墨烯晶格中形成，原子分散的Co原子提供了局部磁矩。詳細的電子結構計算表明，Co原子的d電子與N/C原子的離域pz電子之間的雜化增強了傳導-電子介導的長程磁耦合。
 

　　整體來看，研究組利用氮原子構造錨定位點，利用兩步浸漬-熱解的方法，將鈷原子牢固的束縛在石墨烯晶格中，從而提供穩定的局域磁矩，并通過鈷-氮-碳之間的軌道雜化形成鐵磁交換作用，最終成功實現了石墨烯的室溫鐵磁性。
 

　　這項研究成果，為在石墨烯中誘導室溫鐵磁性提供了一種有效手段，并為開發基于石墨烯的自旋電子器件提供了可能。