微米和纳米科技材料

牛津大学Nature:石墨烯领域获新突破!纳米带还可以这么玩

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石墨烯是碳原子的单层网络,具有优异的电子和机械性能。纳米级宽度的石墨烯带(纳米带)能够表现出半金属性和量子限制效应。对于自旋电子学和量子计算器件来说,石墨烯纳米带的相干操作前景可观,研究人员已经从理论角度对其磁性边缘进行了广泛的研究。然而,纳米带的边缘不能以原子精度产生,同时石墨烯末端化学性质不稳定,这两个问题一直阻碍着研究的进展。

北京时长2018年5月31日,Nature在线发表了英国牛津大学材料系Lapo Bogani(通讯作者)团队题为“Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons”的文章,通过稳定的自旋轴承基团功能化分子石墨烯纳米带,研究解决了其研究进程中的两大问题。实验观察到预测的非局域磁边缘状态,并测试了自旋动力学和自旋-环境相互作用的理论模型。与非石墨化的参考材料相比,能够清楚地识别自由基功能化石墨烯纳米带的特征行为。

研究量化了自旋轨道耦合的参数,定义了相互作用模式,并确定了自旋退相干通道。即使没有任何优化,自旋相干时长能够在室温下的微秒范围内,实现边缘和自由基自旋之间的量子反演操作。该课题提供了一种在石墨烯纳米带实验中测试磁性理论的方法。研究观察到的相干时长开辟了在量子自旋电子器件中使用磁性纳米带的新里程碑。

图1. 功能化的石墨烯纳米带

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图2. 静态光谱和磁性相互作用路径

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图3. 自旋晶格弛豫和自旋相干时长

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图4. 石墨烯纳米带中的超精细耦合和多旋转可操作性

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文献链接:Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons

(Nature,2018,DOI: 10.1038/s41586-018-0154-7)

来源: 材料人

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