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数理学院磁性材料科研团队研究取得进展

发布时间:2022-04-14 12:04 文章来源:科研处 浏览次数:

 自旋电子学和纳米磁性是当前凝聚态物理领域重要的研究前沿之一。该领域在近年来发展迅速,大大增加了人类对纳米体系磁性和电子其他特性的了解,也推动了自旋电子器件的发展。比如基于自旋扭矩效应的随机存储器件有望替代传统硬盘和内存;基于自旋霍尔效应的低功耗信息技术器件等。相比于传统的电子器件,新一代的自旋电子器件具有速度快、能耗低和容量大等优点。

 二维磁性材料是实现自旋输运的理想平台,特别是石墨烯具有超长的自旋扩散长度和自旋弛豫时间以及自身的纯净性等特性,更是受到了广泛的关注。目前,在石墨烯纳米结构中实现磁性的机制和手段已经有了比较充分的研究,但调控磁性的机制和手段还不够丰富,因而限制了石墨烯纳米结构在自旋输运领域的应用。数理学院磁性材料研究团队自筹建以来一直聚焦石墨烯磁性调控的研究,近期取得了积极的进展。

 利用一定浓度的氮原子替代石墨烯中的碳原子,是实现石墨烯室温铁磁性的最有前途的方案之一,但铁磁性的增加机制尚不明确。团队成员和其他合作者基于第一性原理计算发现局域磁和巡游磁之间的相互作用、氮原子引入带来的能带重构以及子格的匹配/失配,是决定氮替代石墨烯铁磁性强度的本质原因,从而为实现石墨烯室温强铁磁性提供了理论依据。研究工作以Comprehensive mechanism of ferromagnetism enhancement in nitrogen-doped graphene为题发表在欧洲物理学会的《新物理杂志》,新疆maxbextx官方网站学院作为通讯单位之一[New Journal of Physics 23, 103003 (2021)]

 团队的另一项研究工作是在锯齿边界六角石墨烯纳米盘中提出了一个新的调控机制。六角石墨烯纳米盘的边界由锯齿边界和连接相邻锯齿边界的扶手边界构成,前者在边界附近产生局域磁而形成磁畴,后者非磁但提供了局域磁耦合的畴壁,因此锯齿边界六角石墨烯的边界存在磁畴调控机制。研究工作提出通过掺杂降低磁畴磁性或者提高扶手比例增大磁畴间距可以实现边界磁结构相变,获得边界自旋极化方向相同的铁磁有序态,为石墨烯纳米结构在自旋电子学的应用提供了新的手段。论文以Quantum interference and domain–wall-like magnetic correlations in hexagonal graphene nanodisks为题发表在欧洲物理学会的《物理杂志:凝聚态》,新疆maxbextx官方网站学院是合作单位和共同通讯单位[Journal of Physics: Condensed Matter 34, 225804 (2022)]

 研究团队将继续努力,争取在磁性材料研究方面做出更多有影响力的研究工作。