06.10.2009
“Room-temperature ferromagnetism in graphite driven by 2D networks of point defects”. Jiri Cervenka, Mikhail Katsnelson and Kees Flipse. Nature Physics, DOI 10.1038/NPHYS1399.
На рис: Плотность электронных состояний в области дефектов в графите. Стрелки показывают направления магнитных моментов.
Ученые из Эйндховенского технологического университета (Eindhoven University of Technology) впервые показали, что обычный графит может проявлять свойства постоянного магнита при комнатной температуре. Давно известны смазочные свойства многослойного графита со слабым взаимодействием между слоями отдельных углеродных (графеновых) листов. Магнитный графит найдет широкое применение в нанотехнологиях и спинтронике, в медицине и биотехнологиях благодаря свойствам высокой биосовместимости.
Хотя при особых условиях ферромагнетизм в графите наблюдали и раньше, никто не мог объяснить происхождения слабого магнитного сигнала. Некоторые ученые связывали его появление с небольшим количеством примесей железа в материале, а никак не со свойствами самого углерода. Иржи Червенка (Jiri Cervenka), Киис Флипс (Kees Flipse) из Эйндховенского технологического университета и Михаил Кацнельсон (Mikhail Katsnelson, Radboud University Nijmegen) получили прямые свидетельства, указывающие на наличие ферромагнитного порядка в графите в областях дефектов и объяснили механизм этого явления. Для измерения магнитных свойств материала ученые использовали магнитную силовую микроскопию (MFM), сканирующий туннельный микроскоп (STM) и магнитометр (SQUID). Они наблюдали свидетельства локального ферромагнитного порядка в структурах с дефектами в высоко ориентированном пиролитическом графите (ВОПГ). При этом магнитные примеси были исключены как возможный источник магнитных сигналов. Важно понять происхождение ферромагнитных свойств в материалах на основе углерода, которые содержат только s и p электроны в отличие от обычных ферромагнетиков на основе 3d и 4f электронов, рассказывают авторы исследования. Наблюдаемый ферромагнетизм, видимо, связан с состоянием электронов на границах зерен HOPG, где образуются двумерные построения из точечных дефектов. То есть области границ зерен в отдельных листах углерода участвуют в магнитном взаимодействии, образуя при этом своеобразные двумерные сети. Такое межслойное спаривание объясняет ферромагнитные свойства графита. Теоретическая оценка температуры магнитного упорядочивания, основанная на слабом межслойном спаривании и/или магнитной анизотропии, сравнима с экспериментальной оценкой, говорят ученые.
Удивительно, но материал, содержащий только атомы углерода, может быть слабым ферромагнетиком. Ученые считают, что из магнитного графита можно создать уникальные биосенсоры.
http://w3.tue.nl/en/news/news_article/?tx_ttnews[tt_news]=8632&tx_ttnews[backPid]=361&cHash=8f5916a1bb
