提及磁性材料，人們首先想到的往往是鐵、鈷等金屬元素。在新材料領(lǐng)域，有理論預(yù)測(cè)：把鉛筆芯的主要成分碳切割成極窄的納米帶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁性，成為神奇的“碳磁鐵”。若這一猜想得到證實(shí)，將為未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展開辟極具潛力的新道路。

近期，位于菊?qǐng)@新區(qū)“嘉定科創(chuàng)核”的中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所王浩敏團(tuán)隊(duì)與合作者在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破。他們成功制備出鋸齒型石墨烯納米帶，并首次在室溫狀態(tài)下觀測(cè)到純碳的磁性，相關(guān)研究成果已發(fā)表在著名期刊《自然材料》上。

王浩敏介紹：“這個(gè)項(xiàng)目從2021年開始，前后歷時(shí)約4年。鋸齒型石墨烯納米帶是由純碳制成的非常窄的條帶，理論預(yù)測(cè)它可能有特殊磁性，但此前一直沒(méi)人能在實(shí)驗(yàn)中真正‘看到’并確認(rèn)這種磁性，尤其是在室溫下，這就是我們要挑戰(zhàn)的目標(biāo)?！?/p>

王浩敏表示，合格的石墨烯納米帶要足夠長(zhǎng)、邊緣像鋸齒一樣整齊干凈，且非常穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)采用了巧妙方法，像做“三明治”一樣制造出整齊的納米帶?！拔覀兿扔闷秸慕^緣材料（六方氮化硼）做基底，然后用特殊方法在其表面刻出細(xì)小、整齊的溝槽，最后讓碳原子精準(zhǔn)地在溝槽里生長(zhǎng)成我們想要的鋸齒型條帶。這樣長(zhǎng)出來(lái)的條帶又直又長(zhǎng)、邊緣整齊干凈，還很穩(wěn)定?！?/p>

鋸齒型石墨烯納米帶只有頭發(fā)絲的幾萬(wàn)分之一寬，產(chǎn)生的磁性信號(hào)極其微弱，傳統(tǒng)方法根本檢測(cè)不到。為了“看到”磁性，研究團(tuán)隊(duì)使用了非常靈敏的掃描NV色心顯微鏡，終于在室溫下檢測(cè)到了石墨烯納米帶的磁性信號(hào)，同時(shí)還用電學(xué)測(cè)量方法交叉驗(yàn)證，進(jìn)一步證實(shí)了磁性的存在。王浩敏說(shuō)：“非金屬的純碳材料在常溫下也能擁有磁性，這顛覆了我們對(duì)磁性來(lái)源的傳統(tǒng)認(rèn)知。更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)這種磁性可以通過(guò)電來(lái)影響，為開發(fā)全新的電子器件提供了可能?！?/p>

掃描NV色心顯微鏡對(duì)鋸齒型石墨烯納米帶的磁性測(cè)量

自旋電子學(xué)被認(rèn)為是下一代信息技術(shù)的方向之一。目前的自旋電子器件通常需將磁性金屬集成到硅芯片中，工藝復(fù)雜且兼容性存在挑戰(zhàn)?！疤即盆F”的證實(shí)，意味著整個(gè)器件都可以由碳一種材料構(gòu)成，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造流程，為實(shí)現(xiàn)全碳基芯片提供了可能。

近年來(lái)，王浩敏團(tuán)隊(duì)在石墨烯領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項(xiàng)突破，這些系統(tǒng)性成果為低功耗存儲(chǔ)、量子計(jì)量和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備。王浩敏表示：“未來(lái)，基于這些原理的電子器件可能比現(xiàn)在的芯片耗電少得多，處理和存儲(chǔ)信息的能力更強(qiáng)，也可能催生我們現(xiàn)在想象不到的新功能和新設(shè)備?！?/p>

通訊員：王榮會(huì)

原標(biāo)題：《重大突破！鉛筆芯中的磁性，嘉定這個(gè)團(tuán)隊(duì)捕捉到了！》

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