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石墨烯开壳层纳米结构中的单自旋局域化与操控

DOI：10.1038/s41467-018-08060-6 期刊：Nature Communications 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 将石墨烯磁化是使其成为自旋电子学活性材料的一个前景广阔的挑战。理论预测表明，具有特定形状的石墨烯结构可通过π电子的库仑排斥作用自发产生磁性，但其实验验证极具挑战性。本研究报道了在金表面观测和操控石墨烯开壳层纳米结构中单个磁矩的现象。通过扫描隧道谱技术，我们利用近藤效应检测到碳骨架特定锯齿位点周围局域化的单电子自旋。研究发现相邻自旋会耦合形成单重态基态，并通过单重态-三重态非弹性电子激发量化其交换相互作用。理论模拟揭示了电子关联如何产生具有实验观测空间分布特征的自旋极化自由基态。结合在自由基位点的额外氢原子会淬灭其磁矩，并使纳米结构的自旋以半整数形式发生翻转。本工作证实了石墨烯纳米结构固有的π参数磁性。
作者： Jingcheng Li，Sofia Sanz，Martina Corso，Deung Jang Choi，Diego Pe?a，Thomas Frederiksen，Jose Ignacio Pascual
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过实验验证由π电子库仑排斥驱动的石墨烯纳米结构中磁性的自发产生，并利用扫描隧道谱技术观测和操控单个磁矩。

研究成果

该研究成功证实了石墨烯纳米结构具有本征的π-顺磁性，通过近藤效应观测到局域自旋，并可通过氢钝化或针尖接触进行调控。此结果验证了电子关联作用驱动磁性的理论预测，为开发基于石墨烯的自旋电子器件开辟了新途径。

研究不足

实验在低温（1.2-5 K）下进行，可能无法代表室温条件。金（111）衬底的存在可能通过电荷屏蔽影响电子特性。合成和操控过程较为复杂，可能难以实现实际应用的规?；?。

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