Magnetyczne właściwości dziurawego grafenu

Na University of Maryland odkryto nową metodę kontrolowania właściwości magnetycznych grafenu. Zespół profesore Michaela S. Fuhrera zauważył, że grafen zyska właściwości magnetyczne, gdy... „podziurawimy" jego strukturę krystaliczną. Wystarczy usunąć z grafenu niektóre atomy, a powstałe w ten sposób puste miejsca będą działały jak niewielkie magnesy, zyskają moment magnetyczny. Co więcej, ten moment oddziałuje tak silnie z elektronami w grafenie, że pojawia się efekt Kondo, czyli anomalna zależność oporu od temperatury.

Efekt Kondo występuje zwykle, gdy do metali niemagnetycznych, takich jak złoto czy miedź, dodamy niewielkie ilości metalu magnetycznego (np. żelaza czy niklu). Odkrycie efektu Kondo w grafenie zaskoczyło naukowców. Po pierwsze, badaliśmy system składający się z czystego węgla, bez żadnych tradycyjnych magnetycznych domieszek. Pod drugie, grafen charakteryzuje się bardzo niską gęstością elektronów, co oznacza, że efekt Kondo powinien pojawiać się tylko w skrajnie niskich temperaturach - mówi Fuhrer. Tymczasem w przypadku grafenu efekt Kondo zmierzono w 90 kelvinach. W takich temperaturach można go obserwować w metalach o bardzo wysokiej gęstości elektronów. Co więcej, temperatura Kondo, poniżej której występuje efekt Kondo, może być dostrajana za pomocą napięcia elektrycznego. Takiego zjawiska nie zaobserwowano w metalach.

Naukowcy spekulują, że te niezwykłe właściwości grafenu wynikają z faktu, że elektrony zachowują się w nim tak, jakby nie miały masy, przez co wyjątkowo mocno oddziałują z nieregularnościami siatki krystalicznej.

Zdaniem Fuhrera, jeśli znajdziemy odpowiedni wzorzec „dziurawienia" grafenu, to materiał ten może zyskać właściwości ferromagnetyczne. Poszczególne momenty magnetyczne mogą zostać połączone za pomocą efektu Kondo i ustawione w jednym kierunku. W ten sposób uzyskamy ferromagnes wykonany z węgla. Magnetyzm w grafenie umożliwi stworzenie wielu nowych nanoczujników. A połączenie właściwości magnetycznych ze świetnymi właściwościami elektrycznymi grafenu może mieć zastosowanie w spintronice - stwierdza profesor Fuhrer.

grafen magnetyzm efekt Kondo