石墨烯在下一代自旋電子學(xué)應(yīng)用中非常有前途。然而，實(shí)現(xiàn)基于石墨烯的室溫磁體仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這里，在配位N原子的輔助下，將Co原子穩(wěn)定的錨定在石墨烯晶格中，從而在石墨烯中激活了強(qiáng)大的室溫本征鐵磁性，TC高達(dá)?400 K，可實(shí)現(xiàn)0.11 emu g-1（300 K）的飽和磁化強(qiáng)度。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表征表明，Co原子以平面四邊形CoN4結(jié)構(gòu)單元原子級(jí)分散于石墨烯晶格中，提供了穩(wěn)定的局域磁矩。電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，Co原子的d電子與N/C原子的離域pz電子之間的雜化增強(qiáng)了傳導(dǎo)電子介導(dǎo)的長(zhǎng)程磁耦合。這項(xiàng)工作為在石墨烯中誘發(fā)室溫鐵磁性提供了一種有效手段，且為開發(fā)基于石墨烯的自旋電子器件提供了可能性。
Figure 1. Co原子的原子分散。a-c）樣品的TEM圖像。D）EDX元素映射和HAADF-STEM圖像；f）Co K邊緣XANES光譜。g FT k3加權(quán)Co K-edge EXAFS光譜和EXAFS光譜的h WT分析。
Figure 2. Co原子周圍的配位構(gòu)型。a）在R空間中的Co K邊緣EXAFS擬合曲線。b）Co L3-edge XANES光譜。c）DFT計(jì)算了石墨烯晶格中各種Co-N4-xCx部分的形成能。d）實(shí)驗(yàn)性Co-edge XANES光譜比較。
Figure 3. 磁性能。a）扣除背景后，原始石墨烯和1Co-N/G納米片的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)（MH）曲線。b）1Co-N / G納米片的FC和ZFC磁化強(qiáng)度（MT）的溫度依賴性。c，d ）FC和ZFC磁化強(qiáng)度（M–T）曲線的溫度依賴性。
Figure 4. 鐵磁性的電子結(jié)構(gòu)和起源。a）DFT計(jì)算了原始石墨烯和b CoN4-石墨烯體系的TDOS。c）DFT計(jì)算的CoN4-石墨烯系統(tǒng)的PDOS。 d）CoN4-石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的二維圖。e）自旋密度的空間分布（ρ↑-ρ↓）。
該研究工作由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)Wensheng Yan 和Zhihu Sun課題組于2021年發(fā)表在NATURE COMMUNICATIONS期刊上。原文：Embedding atomic cobalt into graphene lattices to activate room-temperature ferromagnetism。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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