美國化學(xué)學(xué)會主辦的納米材料科學(xué)的權(quán)威雜志《Nano Letters》最近刊發(fā)了工學(xué)院先進(jìn)材料與納米技術(shù)系、北京大學(xué)應(yīng)用物理與技術(shù)研究中心孫強教授研究組的論文“Ferromagnetism in Semihydrogenated graphene sheet” (http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl9020733)，報導(dǎo)了他們在單層石墨烯磁性研究方面的最新成果。
　　單層石墨烯（graphene）是目前國際上最熱點的研究領(lǐng)域之一，它是一種帶隙為零的非磁性金屬材料，具有許多新奇的物理特性和廣泛的應(yīng)用前景。為了使graphene具有磁性，科學(xué)家提出了各種辦法包括將它剪切成具有zigzag構(gòu)型的零維或一維nano-ribbon結(jié)構(gòu)、或產(chǎn)生缺陷和引入雜質(zhì)原子等。現(xiàn)有的這些方法不但破壞了graphene的結(jié)構(gòu)完整性，所產(chǎn)生的磁性呈非均勻分布，而且實驗上難以控制。孫強教授研究組首次提出了通過半氫化的方法在graphene中實現(xiàn)鐵磁性的思想，并將半氫化的graphene命名為graphone, 這是在繼graphene, graphane 之后所引入的新的結(jié)構(gòu)形態(tài)。孫強教授研究組應(yīng)用自旋極化的密度泛函理論, 研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫原子吸附在石墨烯的部分碳原子上時，石墨烯的π鍵被破壞，導(dǎo)致每個沒有被氫化的碳原子產(chǎn)生一個未配對的2p電子，它們之間長程交換耦合，形成穩(wěn)定的鐵磁性，其居里溫度大約在278 ~ 417 K。這比目前已知的方法更具有可控性和可操作性，它不但能保持graphene 骨架結(jié)構(gòu)的完整性和磁性的均勻分布， 而且還能避免在組裝nano-ribbon 的過程中所引起的磁性的粹滅。該研究成果將拓廣graphene sheet 的應(yīng)用前景,這種新型二維鐵磁性graphone sheet可望應(yīng)用于自旋電子學(xué)和微電子學(xué)等多種領(lǐng)域。《Nano Letters》的審稿人高度評價這一工作，指出“The manuscript presents nice new scientific ideas and concepts. It certainly will trigger new experiments…”, “The ideas are inspiring…”。
　　該論文的第一作者周健是孫強教授的碩士研究生, 該論文的合作者包括弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)物理系王前副教授、P. Jena教授，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所陳效雙研究員，以及日本東北大學(xué)金屬材料研究所Y. Kawazoe教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的資助。

鐵磁性二維graphone sheet的結(jié)構(gòu)模型