Optrævling af magnetismen i en trekantet grafenflage

Grafen er et diamagnetisk materiale, dette er, ude af stand til at blive magnetisk. Imidlertid, et trekantet stykke grafen forudsiges at være magnetisk. Denne tilsyneladende modsigelse er en konsekvens af "magiske" former i strukturen af ​​grafenflager, som tvinger elektroner til at "spinde" lettere i én retning. Triangulen er en trekantet grafenflage, som besidder et netto magnetisk moment:det er en grafen nanometer-størrelse magnet. Denne magnetiske tilstand åbner fascinerende perspektiver på brugen af ​​disse rene kulstofmagneter i teknologi.

Imidlertid, de robuste forudsigelser af triangulen magnetisme snublede med fraværet af klare eksperimentelle beviser, fordi fremstillingen af ​​triangulen ved organiske syntesemetoder i opløsning var vanskelig. Den biradikale karakter af dette molekyle fik det til at være meget reaktivt og vanskeligt at fremstille, og magnetismen ser ud til at være meget uhåndgribelig i de få vellykkede tilfælde.

I en ny undersøgelse, udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , denne udfordring blev revideret ved hjælp af et scanning tunneling mikroskop (STM). Efter at have samlet et trekantet-lignende stykke grafen på en ren guldoverflade, højopløsnings scanning tunneling spektroskopi målinger afslørede, at denne forbindelse har en netto magnetisk tilstand karakteriseret ved en spin S=1 grundtilstand og, derfor, at dette molekyle er et lille, ren carbon paramagnet. Disse resultater er den første eksperimentelle demonstration af en højspin grafenflage.

Resultaterne blev yderligere suppleret med atomare manipulationstrin af hydrogen-passiverede triangulen-biprodukter, der lejlighedsvis blev fundet i eksperimentet. Ved kontrolleret fjernelse af disse yderligere brintatomer i eksperimenterne, flagens spintilstand kunne modificeres fra en lukket skal, dobbelt hydrogeneret struktur, til en mellemliggende S=1/2 spin-tilstand, og endelig til high-spin S=1 tilstanden af ​​den ideelle molekylære struktur.

Det eksperimentelle bevis på en spin-tilstand i fravær af en magnetisk kvantiseringsakse (detekterbar ved spin-polariseret STM) eller magnetisk anisotropi (detekterbar ved spin-flip uelastisk tunneling-spektroskopi) er ikke enkel. I dette arbejde, spin-signaturen blev opnået fra den underscreenede Kondo-effekt - en eksotisk version af standard Kondo-effekten beskrevet i 1960'erne - der kan opstå i high-spin-systemer. Dens observation i en grafenflage på et metal er ikke blevet rapporteret før og bringer her ny indsigt i forståelsen af ​​spins, der interagerer med overflader.