具二维亚铁磁性石墨烯系统首次合成

俄罗斯圣彼得堡国立大学的科学家与外国同事合作，在世界上首次在石墨烯中创造出二维亚铁磁性，所获得的石墨烯的磁性状态为新的电子学方法奠定了基础，有望开发出不使用硅的替代技术设备，提高能源效率和速度。

描述被调查系统中霍尔效应的图表。图片来源：圣彼得堡国立大学

石墨烯是碳的二维改性形式，是当今所有可用的二维材料中最轻、最坚固的，而且具有高导电性。2018年，圣彼得堡国立大学的研究人员与托木斯克州立大学、德国和西班牙的科学家一起，首次对石墨烯进行了修饰，并赋予了它钴和金的特性，即磁性和自旋轨道相互作用（在石墨烯中的运动电子与其自身磁矩之间）。当与钴和金相互作用时，石墨烯不仅保留了自身的独特性质，而且部分具有了这些金属的特性。

作为新研究的成果，研究团队合成了一个具有亚铁磁性状态的石墨烯系统。这是一种独特的状态，在这种状态下物质在没有外部磁场的情况下具有磁化作用。他们使用了与之前类似的基底，该基底由一层薄薄的钴和表面的一种金合金制成。

在表面合金化过程中，位错环在石墨烯作用下形成。这些环是钴原子密度较低的三角形区域，金原子更靠近这些区域。此前，人们知道单层石墨烯只能以均匀的方式完全磁化。然而，新研究表明，通过与基底结构缺陷的选择性相互作用，可以控制单个亚晶格的原子的磁化强度。

“这是一个重大发现，因为所有的电子设备都使用电荷，并在电流流动时产生热量。我们的研究最终将允许信息以自旋电流的形式传输。这是新一代电子产品，一种根本不同的逻辑，以及一种降低功耗和提高信息传输速度的技术开发新方法。”圣彼得堡国立大学纳米系统电子和自旋结构实验室首席副研究员阿尔特姆·雷布金解释说。

此次合成的石墨烯的一个重要特征，就是强烈的自旋轨道相互作用，这种加强可以通过石墨烯下金原子的存在来解释。在磁性和自旋轨道相互作用参数的一定比例下，石墨烯有可能从熟悉的状态转变为一种新的拓扑状态。

研究结果发表在最近的《物理评论快报》上。