Czy atom wodoru sprawia, że grafen jest magnetyczny?


Grafen ma wiele wyjątkowych właściwości mechanicznych i elektronicznych, ale nie jest magnetyczny. Aby uczynić go magnetycznym, najprostszą strategią jest modyfikacja jego struktury elektronicznej w celu stworzenia niesparowanych elektronów.

Atom wodoru sprawia, że grafen staje się magnetyczny

Naukowcy mogą to osiągnąć np. poprzez usuwanie pojedynczych atomów węgla lub adsorbowanie wodoru na grafenie.

Musi się to odbywać w bardzo kontrolowany sposób ze względu na szczególną cechę sieci krystalicznej grafenu, która składa się z dwóch podsieci. Gonzales-Herrero i wsp. osadzili pojedynczy atom wodoru na grafenie i wykorzystali skaningową mikroskopię tunelową do wykrycia magnetyzmu w podpowierzchni, w której nie ma osadzonego atomu (patrz perspektywa Hollena i Gupty).

Przewiduje się, że izolowane atomy wodoru zaadsorbowane na grafenie mogą indukować momenty magnetyczne.

Tutaj pokazujemy, że adsorpcja pojedynczego atomu wodoru na grafenie indukuje moment magnetyczny charakteryzujący się ~20 milielektronowoltowym rozszczepieniem spinowym przy energii Fermiego.

Nasze eksperymenty z użyciem skaningowej mikroskopii tunelowej (STM), uzupełnione obliczeniami pierwszego stopnia, pokazują, że taki spinowo spolaryzowany stan jest zasadniczo zlokalizowany na podpowierzchni węgla przeciwnej do tej, w której chemisorbowany jest atom wodoru.

Atomy wodoru mogą być manipulowane z atomową precyzją

Przewiduje się, że izolowane atomy wodoru zaadsorbowane na grafenie mogą indukować momenty magnetyczne.

Tutaj pokazujemy, że adsorpcja pojedynczego atomu wodoru na grafenie indukuje moment magnetyczny charakteryzujący się ~20 milielektronowoltowym rozszczepieniem spinowym przy energii Fermiego.

Nasze eksperymenty z użyciem skaningowej mikroskopii tunelowej (STM), uzupełnione obliczeniami pierwszego stopnia, pokazują, że taki spinowo spolaryzowany stan jest zasadniczo zlokalizowany na podpowierzchni węgla przeciwnej do tej, w której chemisorbowany jest atom wodoru.

Ta atomowo modulowana struktura spinowa, rozciągająca się na kilka nanometrów od atomu wodoru, napędza bezpośrednie sprzężenie pomiędzy momentami magnetycznymi na niezwykle dużych odległościach.

Manipulując atomami wodoru z atomową precyzją za pomocą końcówki STM, możliwe jest dostosowanie magnetyzmu wybranych regionów grafenu.