石墨烯再添神奇─這回是磁性
- 上線日期：2011/12/12 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
日本與法國科學家發現在石墨烯(graphene)上製作蜂巢狀的氫端(hydrogen-terminated)奈米孔陣列(nanopore array)，可使石墨烯在室溫下展現鐵磁性(ferromagnetism)。研究人員相信此磁性來自於奈米孔結鋸齒邊緣的電子自旋。該現象有助於製作不含稀有元素、輕薄透明且可彎曲的磁鐵，也可用來發展利用邊緣極化自旋(edge-polarized spin)操作的新型自旋電子元件。
石墨烯是一單原子厚的二維碳材料，材質十分強韌，且導熱及導電性都極佳，應用範圍從超快電晶體到DNA定序，因此又有「神奇材料」的美名。日本青山學院大學(Aoyama Gakuin University)的Junji Haruyama表示，雖然理論已預測不含磁性原子(如鐵、鎳與鎘)的石墨烯仍可具有磁性，但製作石墨烯邊緣所使用的微影法會讓材料產生大量缺陷，反而不利形成磁性所需的鋸齒邊。
有鑑於此，Haruyama等人以多孔氧化鋁模板(porous alumina template, PAT)作為蝕刻遮罩。PAT是由六角形孔洞所組成蜂巢狀陣列，此結構可藉由蝕刻製程完全複製在石墨烯上。由於採用非微影方法，並以低功率氬離子進行蝕刻，在石墨烯邊緣只有少量的缺陷產生。接著，該團隊讓材料在800°C下進行兩階段退火：首先在真空環境中，然後再通入氫氣，目的是透過「邊緣重建」(edge reconstruction)產生邊緣為鋸齒狀的原子結構，並以氫原子加以終結。最後利用超導量子干涉儀(SQUID)確認樣本磁性。
這個包含法國研究機構SPINTEC的團隊目前計畫以石墨烯作為磁性半導體材料，藉由外加電壓將可調制孔隙邊緣能帶以及控制極化自旋，亦即利用量子自旋霍爾效應(quantum spin Hall effect)以及自旋整流效應(spin rectification effect)來製作自旋電晶體。詳見Appl. Phys. Lett. 99, 183111 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47854
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
- 相關附件: