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西班牙科學(xué)家利用原子空位使石墨產(chǎn)生磁性
  西班牙物理學(xué)家發(fā)現(xiàn),，通過移除石墨材料表面的單個(gè)原子,，原子空位,，可使石墨中產(chǎn)生局部磁矩,。這一研究成果有助于開發(fā)利用非金屬材料和生物兼容性材料來磁體的新方法,，而且可比現(xiàn)有磁體更輕、價(jià)格更低廉,。
 
      該研究由馬德里自治大學(xué)和馬德里材料科學(xué)研究所的科研小組共同完成,，相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上。實(shí)驗(yàn)中,，研究人員使用了高序熱解石墨,，這種材料是由石墨烯層按照AB-AB的模式疊加而成。他們首先在超潔凈環(huán)境中將部分A層石墨烯削去,，以確保石墨的表面*不含雜質(zhì);然后再利用低能離子輻射,，使表面的原子位移，出一個(gè)個(gè)原子空位,。
 
      通過自制的低溫掃描隧道顯微鏡,，研究小組發(fā)現(xiàn)，每個(gè)原子空位的頂端都出現(xiàn)了大約為費(fèi)米能級(jí)的銳共振高峰,，很多理論研究都預(yù)測(cè)過這種現(xiàn)象,，但這是通過實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到。
 
      研究人員解釋說,，每個(gè)原子空位的共振都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)磁矩,，這是因?yàn)椋娮雍碗娮又g存在相斥作用,，原子空位導(dǎo)致其周圍的電子自旋排列成行,，從而形成磁矩。而且,，不同地點(diǎn)的空位產(chǎn)生不同的磁矩,，磁矩彼此之間也有相互作用，這樣一來,，只需將單個(gè)碳原子隨意移除,，就能使整個(gè)石墨材料具有肉眼可見的磁性。
 
      參與此項(xiàng)研究的伊凡•布里休加說，普通的碳元素組成的材料通常不會(huì)出現(xiàn)磁力,，這是由于其中的電子通過共價(jià)鍵結(jié)合成對(duì),，電子的總自旋為零，因而凈磁矩不可能存在,。一旦從石墨的表面移除一個(gè)碳原子,，通過共價(jià)鍵結(jié)合的電子對(duì)會(huì)被打破，單個(gè)電子就產(chǎn)生了局部磁矩,。
 
      這一結(jié)果不僅證實(shí)了理論模型的準(zhǔn)確性,，還具有諸多深層意義。比如,，觀察到的共振現(xiàn)象可能會(huì)增強(qiáng)石墨的化學(xué)反應(yīng)能力;在應(yīng)用方面,，該技術(shù)可能用于革新性的非金屬材料磁體,，在電子領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域擁有良好前景,。此外，同傳統(tǒng)磁體相比,，石墨磁體的成本低廉,，1噸碳的價(jià)格大約不到1噸鎳的價(jià)格的千分之一，而且石墨磁體還具有重量輕,、彈性好等優(yōu)勢(shì),。不過，到目前為止,，所報(bào)告的石墨磁體的磁力與現(xiàn)有zui強(qiáng)的磁體相比還有不小的差距,。
 
      布里休加表示，通過將類似于石墨烯的材料中的原子移除來原子空位,，會(huì)對(duì)材料的機(jī)械性能,、電子性能和磁性能產(chǎn)生重大影響，而當(dāng)前納米技術(shù)面臨的一個(gè)緊迫挑戰(zhàn)就是如何將石墨整合到真正的電子設(shè)備中,，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果zui光明的未來就是應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)電子學(xué)研究,，即通過不成對(duì)的電子的自旋來開發(fā)新一代電子設(shè)備。
西班牙科學(xué)家利用原子空位使石墨產(chǎn)生磁性