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中國科學技術大學Wensheng Yan 和Zhihu Sun課題組--將鈷原子嵌入石墨烯晶格中以激活室溫鐵磁性
       石墨烯在下一代自旋電子學應用中非常有前途。然而,實現基于石墨烯的室溫磁體仍然是一個巨大的挑戰。這里,在配位N原子的輔助下,將Co原子穩定的錨定在石墨烯晶格中,從而在石墨烯中激活了強大的室溫本征鐵磁性,TC高達?400 K,可實現0.11 emu g-1(300 K)的飽和磁化強度。系統的結構表征表明,Co原子以平面四邊形CoN4結構單元原子級分散于石墨烯晶格中,提供了穩定的局域磁矩。電子結構計算表明,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了傳導電子介導的長程磁耦合。這項工作為在石墨烯中誘發室溫鐵磁性提供了一種有效手段,且為開發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計算了石墨烯晶格中各種Co-N4-xCx部分的形成能。d)實驗性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納米片的磁化強度與磁場(MH)曲線。b)1Co-N / G納米片的FC和ZFC磁化強度(MT)的溫度依賴性。c,d )FC和ZFC磁化強度(M–T)曲線的溫度依賴性。
 
  Figure 4. 鐵磁性的電子結構和起源。a)DFT計算了原始石墨烯和b CoN4-石墨烯體系的TDOS。c)DFT計算的CoN4-石墨烯系統的PDOS。 d)CoN4-石墨烯能帶結構的二維圖。e)自旋密度的空間分布(ρ↑-ρ↓)。
  
       該研究工作由中國科學技術大學Wensheng Yan 和Zhihu Sun課題組于2021年發表在NATURE COMMUNICATIONS期刊上。原文:Embedding atomic cobalt into graphene lattices to activate room-temperature ferromagnetism。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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