24.02.2010
На рис: На изображении, полученном с помощью сканирующего туннельного микроскопа, показан всплеск электрической проводимости между графитовой поверхностью и наконечником микроскопа в том месте, где отсутствует атом углерода. Это указывает на присутствие дополнительного электрона, который может привносить магнитные свойства. М.M. Ugeda, et al., Phys. Rev. Lett.
Испанские ученые впервые продемонстрировали напрямую, что у графена – слоя углеродных атомов, упакованных в гексагональной структуре - проявляются магнитные свойства. Их появление связывают с наличием электронов в тех местах, где отсутствуют атомы углерода.
Всего несколько лет назад ученые научились изготавливать графен, но уже изготовлены первые быстро работающие графеновые транзисторы (IBM). Теоретики предсказывали, что у графена будут проявляться магнитные свойства, обусловленные наличием вакантных мест, где отсутствуют атомы углерода. Эксперименты подтвердили быстрое и необычное движение электронов в таких слоях. Но ученые получали непрямые доказательства такой картины, так как измеряли только средние величины от многих вакантных мест.
Чтобы изучить отдельные вакантные места, группа ученых под руководством Ивана Бриуэга (Ivan Brihuega) из Автономного университета Мадрида (the Autonomous University of Madrid) изучали графит, состоящий из многих листов графена. Они очистили несколько слоев, чтобы приготовить почти идеальную поверхность. Чтобы создать вакантные места, ученые разбрызгивали ионы аргона. Затем, передвигая металлический наконечник сканирующего туннельного микроскопа по поверхности, измерили электрическую проводимость между образцом и наконечником.
На удалении от вакантных месс проводимость изменялась постепенно с изменением приложенного электрического напряжения на наконечнике микроскопа, затем доходила до нуля при нулевом напряжении и увеличивалась как при положительном, так и при отрицательном напряжении. Но когда острие микроскопа оказывалось над вакантным местом, проводимость резко подскакивала при нулевом напряжении. Ученые считают, что этот пик проводимости соответствует особенному квантовому состоянию – молекулярной орбитали – на которой находится отдельный электрон. Приложенное к наконечнику напряжение «выбирает» электроны с определенной энергией, а нулевое напряжение - электроны самых больших энергий в образце. Второй электрон не может попасть в вакантное место, так как не преодолеет отталкивание первого электрона. Ученые полагают, что общий вклад электронов в вакантных местах графена превратит весь слой в магнитный материал.
Теперь мы знаем наверняка, что такие состояния существуют, и можем перейти к изучению ферромагнитных свойств, рассуждает Михаил Кацнельсон (Radboud University of Nijmegen in the Netherlands). Намагниченность исчезает выше определенной критической температуры, которая для многих материалов слишком низкая для использования. Теория предсказывает, что критическая температура для графена может быть намного выше, чем у обычных магнитных полупроводников. Поэтому многослойные углеродные структуры можно рассматривать как новое поколение материалов для спинтроники.
Missing Atom as a Source of Carbon Magnetism. M. M. Ugeda, I. Brihuega, F. Guinea, and J. M. Gómez-Rodríguez. Phys. Rev. Lett. (to be published)
http://focus.aps.org/story/v25/st6
