【仪表网 仪表研发】石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
据悉，石墨烯是目前世界上薄、坚硬的纳米材料，厚度仅0.335纳米，相当于头发丝的二十万分之一，硬度却是同等规格钢材的200倍，被材料学家亲切地称为“黑金”。从科学定义上讲，石墨烯是碳原子以SP2杂化轨道按照蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，具有强导电性、超强硬度与韧性、特异导热性和高透光性等优异性能。
此外，由于其特殊的载流子迁移率、较长的自旋扩散长度、较弱的固有自旋轨道耦合和有限的超精细相互作用，石墨烯也被认为是下一代自旋电子应用的极有前途的材料。
然而，在自旋电子器件的实际应用中，均要求石墨烯基材料在室温以上是铁磁性的但原始石墨烯本质上恰恰是反磁的，缺乏局部磁矩。到目前为止，实现石墨烯基室温磁体，仍然是一个巨大的挑战。
近日，一篇发表在《自然・通讯》(Nature Communications)上。中国科学技术大学国家同步辐射实验室闫文盛教授研究组与孙治湖副研究员合作，他们通过研究实验证明：通过借助配位N原子嵌入孤立的Co原子，可以在石墨烯中获得TC高达400 K、饱和磁化强度为0.11 emu g−1 (300 K)的强室温铁磁性。
广泛的结构表征表明，正方形平面的Co- n4在石墨烯晶格中形成，原子分散的Co原子提供了局部磁矩。详细的电子结构计算表明，Co原子的d电子与N/C原子的离域pz电子之间的杂化增强了传导-电子介导的长程磁耦合。
整体来看，研究组利用氮原子构造锚定位点，利用两步浸渍-热解的方法，将钴原子牢固的束缚在石墨烯晶格中，从而提供稳定的局域磁矩，并通过钴-氮-碳之间的轨道杂化形成铁磁交换作用，最终成功实现了石墨烯的室温铁磁性。
这项研究成果，为在石墨烯中诱导室温铁磁性提供了一种有效手段，并为开发基于石墨烯的自旋电子器件提供了可能。
