西班牙物理學家發(fā)現(xiàn)，通過移除石墨材料表面的單個原子，制造原子空位，可使石墨中產(chǎn)生局部磁矩。這一研究成果有助于開發(fā)利用非金屬材料和生物兼容性材料來制造磁體的新方法，而且可比現(xiàn)有磁體更輕、價格更低廉。
　　該研究由馬德里自治大學和馬德里材料科學研究所的科研小組共同完成，相關論文發(fā)表在近期出版的《物理學評論快報》上。實驗中，研究人員使用了高序熱解石墨，這種材料是由石墨烯層按照AB-AB的模式疊加而成。他們首先在超潔凈環(huán)境中將部分A層石墨烯削去，以確保石墨的表面完全不含雜質(zhì)；然后再利用低能離子輻射，使表面的原子位移，制造出一個個原子空位。
　　通過自制的低溫掃描隧道顯微鏡，研究小組發(fā)現(xiàn)，每個原子空位的頂端都出現(xiàn)了大約為費米能級的銳共振高峰，很多理論研究都預測過這種現(xiàn)象，但這是首次通過實驗觀測到。
　　研究人員解釋說，每個原子空位的共振都會對應一個磁矩，這是因為，電子和電子之間存在相斥作用，原子空位導致其周圍的電子自旋排列成行，從而形成磁矩。而且，不同地點的空位產(chǎn)生不同的磁矩，磁矩彼此之間也有相互作用，這樣一來，只需將單個碳原子隨意移除，就能使整個石墨材料具有肉眼可見的磁性。
　　參與此項研究的伊凡·布里休加說，普通的碳元素組成的材料通常不會出現(xiàn)磁力，這是由于其中的電子通過共價鍵結(jié)合成對，電子的總自旋為零，因而凈磁矩不可能存在。一旦從石墨的表面移除一個碳原子，通過共價鍵結(jié)合的電子對會被打破，單個電子就產(chǎn)生了局部磁矩。
　　這一結(jié)果不僅證實了理論模型的準確性，還具有諸多深層意義。比如，觀察到的共振現(xiàn)象可能會增強石墨的化學反應能力；在應用方面，該技術可能用于制造革新性的非金屬材料磁體，在電子領域和生物醫(yī)學領域擁有良好前景。此外，同傳統(tǒng)磁體相比，石墨磁體的制造成本低廉，1噸碳的價格大約不到1噸鎳的價格的千分之一，而且石墨磁體還具有重量輕、彈性好等優(yōu)勢。不過，到目前為止，所報告的石墨磁體的磁力與現(xiàn)有最強的磁體相比還有不小的差距。
　　布里休加表示，通過將類似于石墨烯的材料中的原子移除來制造原子空位，會對材料的機械性能、電子性能和磁性能產(chǎn)生重大影響，而當前納米技術面臨的一個緊迫挑戰(zhàn)就是如何將石墨整合到真正的電子設備中，這項實驗成果最光明的未來就是應用于旋轉(zhuǎn)電子學研究，即通過不成對的電子的自旋來開發(fā)新一代電子設備。
　　
　　
　　
　　來源： 科技日報