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美國研究人員在石墨烯(graphene)奈米結構中觀察到存在於室溫下的鐵磁性(ferromagnetism)。此研究結果證實了之前的理論預測，並且預告了石墨烯應用於自旋電子(spintronics)元件的可能性。
石墨烯為單原子厚的平面碳材料，由於具有獨特的電子與機械性質，包含絕佳的電導率、熱導率及機械強度，被視為是製作未來分子電子元件的理想基材。現在它的優點又再增添一筆：室溫鐵磁性。
上述研究由是由佛羅里達國際大學(Florida International University)的Sakhrat Khizroev領軍的團隊所執行，成員包含來自喬治亞理工學院(GIT)、加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)和河濱分校(UC Riverside)等人。他們進行了精密的低溫磁傳輸(magnetotransport)、超導量子干涉(SQUID)和振動樣品測磁儀(vibrating sample magnetometry, VSM)等實驗，測量了以硝基苯基(nitrophenyl groups, NP)功能化的石墨烯樣本。實驗數據顯示此材料似乎形成有機分子磁體(organic molecular magnet)，具有鐵磁序和反鐵磁序，在超過400K的高溫仍可保持如此磁性。
該研究團隊認為，硝基苯基會使石墨烯中沿著「扶手椅」('armchair')或「鋸齒」('zigzag')方向呈週期性排列的電子自旋不成對(unpair)，而正是這些未配對自旋間的交互作用導致研究人員觀察到的磁有序。相較於在石墨烯中造成缺陷，此團隊的功能化方式可謂是一種「溫和化學」(gentle chemistry)途徑。過去的研究會在材料中引進大量的缺陷，但過多缺陷會破壞石墨烯的鋸齒邊緣結構，而導致磁性消失。
此硝基苯基功能化石墨烯可作為新穎單層磁體，或是用來製作新型自旋電子元件。自旋電子學同時使用了電子自旋與電荷，是一個新興科技領域。詳見ACS Nano｜DOI: 10.1021/nn403939r。 |