通過sp3型摻雜獲得高磁、鐵磁性石墨烯的研究

《通過sp3型摻雜獲得高磁、鐵磁性石墨烯的研究》是依託南京大學，由湯怒江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：通過sp3型摻雜獲得高磁、鐵磁性石墨烯的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：湯怒江
• 依託單位：南京大學

項目摘要

sp3型摻雜是實現在石墨烯基板面上引入高密度的局域自旋的有效途徑，也是當今探索高磁、鐵磁性石墨烯的熱點。氟和羥基是兩種最為引人關注的能引入局域自旋的sp3型摻雜劑，並能由以下兩種情形引入自旋磁團簇：在石墨烯基板面上引入穩定分布的羥基團簇；和適當溫度下退火氟化石墨烯而形成穩定的三角形氟疇。本項目擬分別藉助這兩種摻雜劑在石墨烯基板面上引入高密度局域自旋，進而探索通過調節摻雜量而獲得高磁、鐵磁性石墨烯為目標。在總結我們前期的氟和羥基摻雜石墨烯的磁性研究基礎上，研究通過調變反應條件而分別得到具有不同氟和羥基摻雜量的兩類石墨烯系列樣品。通過磁性對比，從實驗上揭示這兩類石墨烯各自的摻雜量與磁化強度及居里點之間的依賴關係、及兩類性能的差異。此外，對獲得的鐵磁性石墨烯單片器件的自旋輸運性質進行初步研究。預期能在石墨烯磁性及自旋輸運的調控研究方面有所突破。最後，進行相關的的理論模擬及建立理論模型。

結題摘要

在本項目的資助下，項目組瞄準石墨烯的磁性這一最近磁學界關注的熱點，從實驗和理論研究出發，採用sp3型摻雜劑羥基的摻雜引入磁矩。具體包括：（1）通過把環氧基開環成羥基，我們在石墨烯氧化物的基板上引入了高濃度的局域磁矩；（2）把氧化石墨烯量子點退火，使得羥基遷移到量子點的邊沿，而其餘的氧基團被去除，得到羥基保護的zigzag邊沿；進而實驗上明確了羥基能夠在石墨烯的邊沿引入局域磁矩；在此基礎上（3）我們把雙層石墨烯納米管剪開，得到氧化的雙層石墨烯納米帶，並通過氬氣中退火得到羥基保護的zigazag納米帶；並實現了文獻報導的最強的室溫鐵磁性石墨烯，此納米帶具有環境條件下磁性的高穩定性；此外，（4）我們還把羥基引入新型的二維碳材料石墨炔，發現羥基也可以在石墨炔的基面引入局域磁矩;且我們理論研究了該材料的磁性，發現該材料具有比石墨烯高得多的羥基遷移勢壘，為二維碳材料的磁性研究開拓了新的思路。（5）受實驗研究結果啟發，我們還理論設計了幾種新型二維碳基自旋電子學材料。