具二維亞鐵磁性石墨烯系統首次合成

俄羅斯圣彼得堡國立大學的科學家與外國同事合作，在世界上首次在石墨烯中創造出二維亞鐵磁性，所獲得的石墨烯的磁性狀態為新的電子學方法奠定了基礎，有望開發出不使用硅的替代技術設備，提高能源效率和速度。

石墨烯是碳的二維改性形式，是當今所有可用的二維材料中最輕、最堅固的，而且具有高導電性。2018年，圣彼得堡國立大學的研究人員與托木斯克州立大學、德國和西班牙的科學家一起，首次對石墨烯進行了修飾，并賦予了它鈷和金的特性，即磁性和自旋軌道相互作用（在石墨烯中的運動電子與其自身磁矩之間）。當與鈷和金相互作用時，石墨烯不僅保留了自身的獨特性質，而且部分具有了這些金屬的特性。

作為新研究的成果，研究團隊合成了一個具有亞鐵磁性狀態的石墨烯系統。這是一種獨特的狀態，在這種狀態下物質在沒有外部磁場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，位錯環在石墨烯作用下形成。這些環是鈷原子密度較低的三角形區域，金原子更靠近這些區域。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，通過與基底結構缺陷的選擇性相互作用，可以控制單個亞晶格的原子的磁化強度。

“這是一個重大發現，因為所有的電子設備都使用電荷，并在電流流動時產生熱量。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開發新方法。”圣彼得堡國立大學納米系統電子和自旋結構實驗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重要特征，就是強烈的自旋軌道相互作用，這種加強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的一定比例下，石墨烯有可能從熟悉的狀態轉變為一種新的拓撲狀態。