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科技日?qǐng)?bào)北京12月19日電 （實(shí)習(xí)記者張佳欣）俄羅斯圣彼得堡國立大學(xué)的科學(xué)家與外國同事合作，在世界上首次在石墨烯中創(chuàng)造出二維亞鐵磁性，所獲得的石墨烯的磁性狀態(tài)為新的電子學(xué)方法奠定了基礎(chǔ)，有望開發(fā)出不使用硅的替代技術(shù)設(shè)備，提高能源效率和速度。
石墨烯是碳的二維改性形式，是當(dāng)今所有可用的二維材料中最輕、最堅(jiān)固的，而且具有高導(dǎo)電性。2018年，圣彼得堡國立大學(xué)的研究人員與托木斯克州立大學(xué)、德國和西班牙的科學(xué)家一起，首次對(duì)石墨烯進(jìn)行了修飾，并賦予了它鈷和金的特性，即磁性和自旋軌道相互作用（在石墨烯中的運(yùn)動(dòng)電子與其自身磁矩之間）。當(dāng)與鈷和金相互作用時(shí)，石墨烯不僅保留了自身的獨(dú)特性質(zhì)，而且部分具有了這些金屬的特性。
作為新研究的成果，研究團(tuán)隊(duì)合成了一個(gè)具有亞鐵磁性狀態(tài)的石墨烯系統(tǒng)。這是一種獨(dú)特的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下物質(zhì)在沒有外部磁場(chǎng)的情況下具有磁化作用。他們使用了與之前類似的基底，該基底由一層薄薄的鈷和表面的一種金合金制成。
在表面合金化過程中，位錯(cuò)環(huán)在石墨烯作用下形成。這些環(huán)是鈷原子密度較低的三角形區(qū)域，金原子更靠近這些區(qū)域。此前，人們知道單層石墨烯只能以均勻的方式完全磁化。然而，新研究表明，通過與基底結(jié)構(gòu)缺陷的選擇性相互作用，可以控制單個(gè)亞晶格的原子的磁化強(qiáng)度。
“這是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗械碾娮釉O(shè)備都使用電荷，并在電流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱量。我們的研究最終將允許信息以自旋電流的形式傳輸。這是新一代電子產(chǎn)品，一種根本不同的邏輯，以及一種降低功耗和提高信息傳輸速度的技術(shù)開發(fā)新方法。”圣彼得堡國立大學(xué)納米系統(tǒng)電子和自旋結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室首席副研究員阿爾特姆·雷布金解釋說。
此次合成的石墨烯的一個(gè)重要特征，就是強(qiáng)烈的自旋軌道相互作用，這種加強(qiáng)可以通過石墨烯下金原子的存在來解釋。在磁性和自旋軌道相互作用參數(shù)的一定比例下，石墨烯有可能從熟悉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新的拓?fù)錉顟B(tài)。
研究結(jié)果發(fā)表在最近的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
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