单个硼原子化学吸附掺杂石墨烯中的磁性

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的二维碳纳米材料，其晶格呈六角型蜂巢状，由两套碳格子组成。根据Lieb在1989年提出的理论，石墨烯基态的局域磁矩与周围两套格子中Pz轨道的数目差成正比：S=1/2×|NA–NB|，因此本征的石墨烯是无局域磁矩的。石墨烯AB两套格子的对称性被破坏时会在接近费米面处出现一个磁性态。重要的是，一个磁性态可以容纳两个具有相反自旋的电子，电子间的库仑相互作用会导致能级的劈裂，分裂能级峰之间的能量间距由库仑相互作用的强度决定。2016年，Brihuega等人在Science上首次报道了氢化学吸附石墨烯表面的局域磁矩的产生以及磁性态的分裂（Science, 2016, 352, 437）。

苏州大学的李青教授、迟力峰教授、林海平副教授，华中科技大学的潘明虎教授和纽卡斯尔大学的Werner A Hofer教授合作，研究了单个硼原子化学吸附在石墨烯表面的电子结构。他们发现，单个硼原子吸附在石墨烯表面的碳碳桥位上。扫描隧道谱研究表明，在硼原子周围有两个磁性峰，分别为较强的+7 meV峰和较弱的+70 meV峰。结合理论计算，他们发现其对应自旋相反磁性峰的劈裂。随后，他们研究了磁性峰的空间分布，发现其随着碳原子的晶格做周期振荡，振荡的周期正是一套碳格子里两个最邻近碳原子的间距。这一发现与前人预测的电子自旋态在AB两套格子间的振荡规律相吻合。在此基础上，他们进一步研究了不同硼原子诱导的自旋状态间的相互作用。该工作对探索石墨烯等二维材料的人工诱导磁性具有重要的指导意义和研究价值。相关成果近期发表在Nano letters 上。

该论文作者为：Qing Li, Haiping Lin, Ruitao Lv, Mauricio Terrones, Lifeng Chi, Werner A. Hofer and Minghu Pan

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Locally Induced Spin States on Graphene by Chemical Attachment of Boron Atoms

Nano Lett., 2018, DOI: 10. 1021/acs.nanolett.8b01798

导师介绍

李青

http://www.x-mol.com/university/faculty/18412

迟力峰

http://www.x-mol.com/university/faculty/18377

林海平

http://www.x-mol.com/university/faculty/18428

潘明虎

http://www.x-mol.com/university/faculty/49891

Werner A Hofer

http://www.x-mol.com/university/faculty/40263