我国科大石墨烯磁性调控研讨获发展
石墨烯因为高载流子迁移率、长自旋涣散长度和弱自旋轨迹耦合等优秀性质，被以为是下一代自旋电子学使用中极具远景的资料。如安在本征抗磁的石墨烯中诱导出安稳的室温铁磁性，是石墨烯基自旋电子学器材制备面对的首要问题之一。现在，研讨人员已测验多种途径来完成石墨烯中的铁磁有序(包含使用空位缺点、sp3功用化、化学掺杂、外表吸赞同结构边际态等)，但取得的磁矩往往相对较弱且不安稳，铁磁有序无法在室温下保持。
研讨组依据以往二维过渡金属硫属化合物的磁性调控研讨经历(Nature Communications, 10, 1584;Angewandte Chemie International Edition, 60, 7251)和DFT资料模仿规划，以为准确可控的磁性过渡金属(Fe、Co、Ni等)掺杂是处理这一问题的有用计划。为了战胜将过渡金属原子嵌入石墨烯晶格的巨大势垒，研讨组选用Pauling电负性高于C元素(2.5)的N元素(3.5)进行共掺杂，使用N原子结构锚定位点，将Co原子结实的捆绑在石墨烯晶格中，然后供给安稳的局域磁矩，并经过Co-N-C之间的轨迹杂化构成铁磁交流效果，终究完成石墨烯的室温铁磁性(图1)。
研讨组使用两步浸渍-热解的办法，在N原子辅佐下，将Co原子单涣散掺杂在石墨烯晶格中，样品在室温下饱和磁化强度为0.11emu g-1，居里温度到达400 K。经过同步辐射软、硬X射线谱学技能和多种X射线谱学解析办法(实空间多重散射理论核算、扩展边定量拟合、多组态核算和小波改换)，研讨证明了样品中的Co是以平面四边形CoN4结构单元原子级涣散于石墨烯晶格中，排除了磁性起源于Co相关第二相的或许。DFT电子结构核算进一步标明，CoN4-石墨烯系统具有金属性的能带结构，存在Fermi面处态密度明显增强(依据Stoner判据，保证室温铁磁性)，Co-3d和C/N-2p轨迹杂化，以及π电子自旋极化，标明CoN4-石墨烯系统中的室温铁磁性起源于传导电子中介的类RKKY长程铁磁交流机制，Co-N4结构单元是室温铁磁性的首要来历。
研讨工作得到国家天然科学基金、合肥壮科学中心高端用户培养基金和我国博士后科学基金等的赞助。
图1.准确可控的Co原子掺杂激活石墨烯室温铁磁性
图2.同步辐射X射线谱学和惯例表征证明Co原子以CoN4涣散于石墨烯晶格中
