«Nature Materials» — CIQTEK SNVM помогает клиентам добиться ключевых прорывов в области графеновых спиновых устройств

August 21, 2025

Недавно группа под руководством Ван Хаомина из Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук достигла значительного прогресса в изучении магнетизма зигзагообразных графеновых нанолент (zGNR) с использованием CIQTEK Сканирующий азотно-вакансионный микроскоп (СНВМ) .

Опираясь на предыдущие исследования, группа исследователей предварительно протравила гексагональный нитрид бора (hBN) металлическими частицами для создания ориентированных атомных канавок и использовала метод каталитического химического осаждения из газовой фазы (CVD) для контролируемого приготовления хиральных графеновых нанолент в канавках, получив образцы zGNR шириной ~9 нм, встроенные в решетку hBN. Объединив измерения методом SNVM и магнитного переноса, группа экспериментально подтвердила наличие собственного магнетизма. Это новаторское открытие закладывает прочную основу для разработки устройств спиновой электроники на основе графена. Результаты исследования под названием «Характеристики магнетизма зигзагообразных графеновых нанолент, встроенных в гексагональную решетку нитрида бора», были опубликованы в престижном академическом журнале. «Природные материалы».

Графен, как уникальный двумерный материал, проявляет магнитные свойства p-орбитальных электронов, которые принципиально отличаются от локализованных магнитных свойств d/f-орбитальных электронов в традиционных магнитных материалах, открывая новые направления исследований для изучения чистого углеродного магнетизма. Зигзагообразные графеновые наноленты (zGNR), потенциально обладающие уникальными магнитными электронными состояниями вблизи уровня Ферми, считаются обладающими большим потенциалом в области устройств спиновой электроники. Однако обнаружение магнетизма zGNR методами электрического транспорта сталкивается с множеством проблем. Например, наноленты, собранные снизу вверх, часто слишком коротки для надежного изготовления устройств. Кроме того, высокая химическая активность краев zGNR может привести к нестабильности или неравномерному легированию. Более того, в более узких zGNR сильная антиферромагнитная связь краевых состояний может затруднить электрическое обнаружение их магнитных сигналов. Эти факторы затрудняют прямое обнаружение магнетизма zGNR.

ZGNR, встроенные в решетку hBN, демонстрируют более высокую стабильность краев и обладают собственным электрическим полем, что создает идеальные условия для обнаружения магнетизма zGNR. В исследовании группа использовала CIQTEK SNVM при комнатной температуре наблюдать магнитные сигналы zGNR непосредственно при комнатной температуре.

Рисунок 1: Магнитное измерение zGNR, встроенных в гексагональную решетку нитрида бора, с использованием Сканирование Микроскоп с азотными вакансиями

При измерениях электрического транспорта изготовленные zGNR-транзисторы шириной приблизительно 9 нм продемонстрировали высокую проводимость и баллистические транспортные характеристики. Под воздействием магнитного поля устройство демонстрировало значительное анизотропное магнитосопротивление с изменением магнитосопротивления приблизительно на 175 Ом при 4 К, отношением магнитосопротивления около 1,3%, и этот сигнал сохранялся даже при температурах до 350 К. Гистерезис наблюдался только в магнитном поле, перпендикулярном плоскости zGNR, что подтверждает его магнитную анизотропию. Анализируя изменение магнитосопротивления с углом наклона, исследователи обнаружили, что магнитный момент перпендикулярен поверхности образца. Кроме того, уменьшение магнитосопротивления с увеличением смещения исток-сток и температуры выявило взаимодействие между магнитным откликом, переносом заряда и тепловыми колебаниями.

Рисунок 2: Характеристики магнитного транспорта устройств zGNR шириной 9 нанометров, встроенных в hBN

Это исследование, объединяющее Сканирующий азотно-вакансионный микроскоп В результате исследований в области технологий и транспортных измерений впервые было напрямую подтверждено существование собственного магнетизма в zGNR, внедренных в hBN, что открывает возможность управления магнетизмом посредством электрического поля. Эта работа не только углубляет понимание магнитных свойств графена, но и открывает новые пути для разработки устройств спиновой электроники на основе графена.

Испытайте систему магнитной визуализации в наномасштабе

CIQTEK приглашает вас испытать Сканирующий азотно-вакансионный микроскоп (СНВМ) – ведущая в мире система визуализации магнитного поля в наномасштабе, работающая при температурах 1,8–300 К с векторным магнитным полем 9/1/1 Тл, достигающая магнитного пространственного разрешения 10 нм и магнитной чувствительности 2 мкТл/Гц ^1/2.

SNVM — это Прецизионный измерительный прибор, сочетающий в себе технологию оптического магнитного резонанса (ОДМР) с азотно-вакансионным (NV) покрытием алмаза и технологию сканирующей визуализации с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Он отличается высоким пространственным разрешением, высокочувствительной магнитной визуализацией, универсальными возможностями обнаружения и преимуществами неинвазивного обнаружения, что делает его важным в таких областях, как характеризация магнитных доменов, антиферромагнитная визуализация, характеризация сверхпроводников и исследования двумерных магнитных материалов.