PRL:石墨烯原子磁化状态或可“私人订制”

石墨烯上原子的磁化状态,原来悄悄被石墨烯所生长的金属基底材料“操控”着。据物理学家组织网11月4日(北京时间)报道,来自瑞士、德国和美国研究人员组成的研究团队揭开了两者间的这一联系,认为这一发现可以应用在未来的计算装置上,该论文已经发表于《物理评论快报》。

石墨烯是目前已知的最薄的一种材料,单层石墨烯只有一个碳原子的厚度。目前石墨烯的制备方法有很多种,但是其必须在特殊的基底上生长才能实现大规模批量制备,比如具有催化活性的金属基底如铜、镍等。

在研究吸附于单层石墨烯上的钴原子时,研究人员注意到其产生了面内磁化;但是,当石墨烯生长于钌基底上,钴原子的磁化效应又摇身一变,成为面外磁化。经过多次实验,研究人员认为,通常来说,石墨烯上原子的磁化状态会受到所用初始金属基底材料类型的影响。这一发现意味着磁化过程可以“私人订制”,为基于原子自旋状态而制备的自旋电子器件材料带来了新可能。

更进一步,研究人员还发现碳原子与基底材料之间相互吸引力的强弱也取决于基底材料的金属种类。比如说,如果用钌做基底,可观察到强吸引力;但如果基底换成铱或铂,则表现出极其微弱的吸引力。研究人员解释说,这是因为所使用的金属材料不同,碳原子和金属原子之间的距离远近也不同;反过来,这也意味着碳原子和金属基底两者之间的电子转移同样会受到影响,最终不同类型的石墨烯片层得以产生。

还待解决的问题,是这种磁化状态能持续多久。如果这种磁化状态可以稳定持续下去,再加上它能“私人订制”,那么这类原子具有被制成电子存储媒介的潜力,每一单个原子能够用来存储一比特数据(当前的硬盘设备大概需要100万个原子来存储一比特数据)。甚至,它们还能够用来代表一个量子比特,这是量子计算中的量子信息单位。因为这一应用前景,研究团队下一步将着眼于寻找哪种原子能够将磁化状态保持更长时间。(来源:科技日报 张盖伦)