Forskere mønster magnetisk grafen

Graphene, et atom tyndt lag carbon er blevet intensivt undersøgt i det sidste årti for at afsløre enestående mekanisk, elektrisk, og optiske egenskaber. For nylig, forskere er begyndt at undersøge en endnu mere overraskende egenskab - magnetisme. Teorier og eksperimenter har antydet, at enten defekter i grafen eller kemiske grupper bundet til grafen kan få det til at udvise magnetisme; imidlertid, til dato var der ingen måde at oprette stort område magnetisk grafen, som let kunne mønstres. Nu, forskere fra U.S. Naval Research Laboratory (NRL) har fundet et enkelt og robust middel til at magnetisere grafen ved hjælp af brint.

Denne forskning er blevet offentliggjort i Avancerede materialer , 20. januar, 2015.

NRL -forskerne placerede grafen på en siliciumskive og dyppede det derefter i cirka et minut i kryogen ammoniak med en smule litium. Gruppen havde for nylig vist, at dette er en hurtig og skånsom metode til at tilføje hydrogenatomer. De ser nu, at det tilsatte brint gør overfladen ferromagnetisk. Fordi denne metode er så effektiv til tilsætning af brint, man skal være forsigtig med eksponeringens længde. Dr. Keith Whitener, NRL's kemidivision, forklarede:"Denne hydrogeneringsmetode giver os adgang til en meget bredere vifte af brintdækning end tidligere tilladte metoder, og for meget brint ødelægger faktisk magnetismen. "Imidlertid, engang lavet, den magnetiske grafen var af enestående kvalitet. Dr. Paul Sheehan, NRL's kemidivision, bemærkede, at "jeg var overrasket over, at det delvist hydrogenerede grafen fremstillet ved vores metode var så ensartet i sin magnetisme og tilsyneladende ikke havde nogen magnetiske korngrænser."

Interessant nok, NRL -gruppen viste, at magnetstyrken kunne indstilles ved at fjerne hydrogenatomer med en elektronstråle. Elektronernes påvirkning kan bryde den kemiske binding mellem grafen og brint, fjernelse af brint fra overfladen. Uden brint, grafen er ikke længere magnetisk. Som resultat, ved omhyggeligt at styre elektronstrålens vej kan man skrive magnetiske mønstre ind i grafen (figur). "Da massiv mønster med kommercielt elektronstråle -litografisystem er muligt, vi mener, at vores teknik let kan anvendes til den nuværende fremstilling af mikroelektronik, "siger Dr. Woo-Kyung Lee, materialeforsker i kemidivisionen på NRL og projektleder. Store arrays med magnetiske funktioner blev hurtigt lavet, hvilket ville være særligt nyttigt i applikationer fra informationsteknologi til spintronics.

De spørgsmål, forskerne nu står over for, er, hvor fin brintmønstre kan være, og hvor længe ferromagnetismen kan være stabil. Hvis disse spørgsmål besvares, denne teknik kan føre til, at et lagringsmedium med et enkelt hydrogeneret kulstofpar lagrer en enkelt magnetisk bit data, en nogenlunde større end million gange forbedring i forhold til nuværende harddiske.