Atomare Kontrolle des Graphen-Magnetismus durch Verwendung von Wasserstoffatomen
@GrapheneAgenda
Wasserstoffatom macht Graphen magnetisch
Graphen hat viele außergewöhnliche mechanische und elektronische Eigenschaften, aber es ist nicht magnetisch. Um es magnetisch zu machen, besteht die einfachste Strategie darin, seine elektronische Struktur so zu verändern, dass ungepaarte Elektronen entstehen.
Das können Forscher zum Beispiel durch das Entfernen einzelner Kohlenstoffatome oder durch die Adsorption von Wasserstoff auf Graphen erreichen.
Dies muss aufgrund einer Besonderheit des Graphen-Kristallgitters, das aus zwei Untergittern besteht, sehr kontrolliert geschehen. Gonzales-Herrero et al. lagerten ein einzelnes Wasserstoffatom auf Graphen ab und nutzten die Rastertunnelmikroskopie, um Magnetismus auf dem Untergitter zu detektieren, dem das abgelagerte Atom fehlt (siehe die Perspektive von Hollen und Gupta).
Es wird vorhergesagt, dass isolierte Wasserstoffatome, die auf Graphen absorbiert werden, magnetische Momente induzieren.
Hier zeigen wir, dass die Adsorption eines einzelnen Wasserstoffatoms auf Graphen ein magnetisches Moment induziert, das durch einen ~20-Millielektronen-Volt-Spin-Split-Zustand bei der Fermi-Energie gekennzeichnet ist.
Unsere Rastertunnelmikroskopie (STM)-Experimente, ergänzt durch First-Principles-Rechnungen, zeigen, dass ein solcher spinpolarisierter Zustand im Wesentlichen auf dem Kohlenstoff-Untergitter lokalisiert ist, das demjenigen gegenüberliegt, in dem das Wasserstoffatom chemisorbiert ist.
Zusammenfassung:
Es wird vorhergesagt, dass isolierte Wasserstoffatome, die auf Graphen absorbiert werden, magnetische Momente induzieren.
Hier zeigen wir, dass die Adsorption eines einzelnen Wasserstoffatoms auf Graphen ein magnetisches Moment induziert, das durch einen ~20-Millielektronen-Volt-Spin-Split-Zustand bei der Fermi-Energie gekennzeichnet ist.
Unsere Rastertunnelmikroskopie (STM)-Experimente, ergänzt durch First-Principles-Rechnungen, zeigen, dass ein solcher spinpolarisierter Zustand im Wesentlichen auf dem Kohlenstoff-Untergitter lokalisiert ist, das demjenigen gegenüberliegt, in dem das Wasserstoffatom chemisorbiert ist.
Diese atomar modulierte Spintextur, die sich mehrere Nanometer vom Wasserstoffatom entfernt erstreckt, treibt die direkte Kopplung zwischen den magnetischen Momenten über ungewöhnlich große Distanzen an.
Indem man mit der STM-Spitze Wasserstoffatome mit atomarer Präzision manipuliert, ist es möglich, den Magnetismus ausgewählter Graphen-Regionen maßzuschneidern.
Publikation vom 22.04.2016
https://science.sciencemag.org/content/352/6284/437