Магнетизм графена раскрыт с помощью CIQTEK SNVM в журнале Nature Materials

Nature Materials | Визуализация магнетизма графена: CIQTEK SNVM обеспечивает ключевой прорыв в спинтронике графена

October 30, 2025

Исследовательская группа под руководством профессора Хаомина Вана из Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук достигла значительного прогресса в изучении магнетизма зигзагообразных графеновых нанолент (zGNR) с использованием Сканирующий микроскоп NV CIQTEK (SNVM) .

Опираясь на свои предыдущие исследования, группа создала ориентированные атомные канавки в гексагональном нитриде бора (hBN) путём предварительного травления металлическими наночастицами и синтезировала внутри этих канавок хирально-контролируемые графеновые наноленты методом газофазного каталитического химического осаждения из газовой фазы. Полученные zGNR шириной около 9 нм, встроенные в решётку hBN, проявили собственные магнитные свойства, которые были впервые подтверждены экспериментально с помощью метода SNVM в сочетании с измерениями магнитного переноса.

Эта новаторская работа закладывает прочную основу для разработки спинтронных устройств на основе графена. Исследование, озаглавленное «Проявления магнетизма в зигзагообразных графеновых нанолентах, встроенных в гексагональную решетку нитрида бора» , был опубликован в известном журнале Природные материалы .

Graphene Magnetism Revealed with CIQTEK SNVM in Nature Materials https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

Понимание магнетизма графена

Графен, как уникальный двумерный материал, проявляет p-орбитальный электронный магнетизм, который принципиально отличается от локализованного d/f-орбитального магнетизма, наблюдаемого в обычных материалах. Это различие открывает новые направления для исследования квантового магнетизма на основе углерода. Зигзагообразные графеновые наноленты (zGNR) особенно перспективны для спинтронных приложений благодаря их предсказанным магнитно-электронным состояниям вблизи уровня Ферми. Однако обнаружение магнетизма zGNR с помощью измерений электрического переноса остаётся весьма сложной задачей.

Основные трудности включают ограниченную длину синтезированных снизу вверх нанолент, что усложняет изготовление устройств, и химически активные края, приводящие к нестабильности или неоднородному легированию. Кроме того, в узких zGNR сильная антиферромагнитная связь между краевыми состояниями затрудняет электрическое обнаружение магнитных сигналов. Эти проблемы затрудняют прямое наблюдение собственного магнетизма zGNR.

SNVM обнаруживает магнитные сигналы при комнатной температуре

Внедрение zGNR в решетку hBN повышает стабильность краев и создает встроенные электрические поля, создавая идеальную среду для изучения магнетизма. SNVM комнатной температуры от CIQTEK , исследователи Впервые непосредственно визуализировали магнитные сигналы в zGNR в условиях окружающей среды .

Figure 1. Magnetic measurement of zGNRs embedded in a hexagonal boron nitride lattice using the Scanning NV Microscope

Рисунок 1. Магнитные измерения zGNR, встроенных в гексагональную решетку нитрида бора, с использованием сканирующего микроскопа NV.

При измерениях электропереноса транзисторы на zGNR толщиной ~9 нм продемонстрировали высокую проводимость и баллистическое транспортное поведение. В магнитных полях устройства демонстрировали выраженное анизотропное магнитосопротивление с изменениями сопротивления до 175 Ом и коэффициентом магнитосопротивления приблизительно 1,3% при 4 К, сохраняющимся до 350 К. Магнитный гистерезис проявлялся только при приложении магнитного поля перпендикулярно плоскости zGNR, что подтверждает магнитную анизотропию. Анализ угловой зависимости магнитосопротивления показал, что магнитные моменты ориентированы перпендикулярно поверхности образца. Уменьшение магнитосопротивления с увеличением смещения исток-сток и температуры выявило взаимодействие между магнитным откликом, переносом заряда и тепловыми колебаниями.

Figure 2. Magnetic transport characteristics of a 9 nm-wide zGNR device embedded in hBN

Рисунок 2. Характеристики магнитного транспорта устройства zGNR шириной 9 нм, встроенного в hBN

Объединив визуализацию SNVM с транспортной характеристикой, данное исследование предоставляет первое прямое доказательство собственного магнетизма zGNR, встроенных в hBN, и демонстрирует потенциал управления магнитным поведением с помощью электрического поля. Эта работа углубляет понимание магнетизма графена и открывает новые возможности для разработки спинтронных устройств на основе графена.

Испытайте наномасштабную магнитную визуализацию с помощью CIQTEK SNVM

CIQTEK приглашает исследователей испытать Сканирующий NV-микроскоп (SNVM) , ведущая в мире система магнитной визуализации в наномасштабе с диапазоном температур 1,8–300 К, векторным магнитным полем 9/1/1 Тл, магнитным пространственным разрешением 10 нм и магнитной чувствительностью 2 мкТл/Гц¹ᐟ².

CIQTEK Scanning NV Microscope CIQTEK SNVM: версия для окружающей среды и криогенная версия

SNVM интегрируется оптически детектируемый магнитный резонанс (ОДМР) на основе центра азотной вакансии (NV) в алмазе с технология сканирования с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) Он обеспечивает высокое пространственное разрешение, превосходную магнитную чувствительность, многофункциональное обнаружение и неинвазивные возможности визуализации, что делает его незаменимым инструментом для исследований в области Характеристика магнитных доменов, антиферромагнитная визуализация, исследования сверхпроводимости и двумерные магнитные материалы .