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解开石墨烯三角形薄片的磁性

石墨烯是抗磁性材料,它不能变成磁性。但是,预计三角形的石墨烯是磁性的。这种明显的矛盾是石墨烯薄片结构中“魔术”形状的结果,该形状迫使电子在一个方向上更容易“自旋”。Triangulene是一种三角形的石墨烯薄片,具有净磁矩:它是石墨烯纳米尺寸的磁体。这种磁性状态为在技术上使用这些纯碳磁体开辟了迷人的视角。

然而,由于没有有机的合成方法在溶液中生产Triangulene,因此在缺乏明确的实验证据的情况下,Triangulene磁性的可靠预测失败了。该分子的双自由基特征使其反应性强且难以制造,并且在极少数成功的情况下,磁性似乎非常难以捉摸。

在《物理评论快报》上发表的一项新研究中,使用扫描隧道显微镜(STM)重新审视了这一挑战。在干净的金表面上组装了三角形的石墨烯片后,高分辨率扫描隧道光谱法测量表明该化合物具有以自旋S = 1 基态为特征的净磁态,因此该分子很小,纯碳顺磁性。这些结果是高自旋石墨烯薄片的第一个实验证明。

该发现还与偶尔在实验中发现的氢钝化的triangulene副产物的原子操作步骤相辅相成。通过在实验中有控制地除去这些额外的氢原子,可以将鳞片的自旋态从密闭的双氢化结构改性为中间的S = 1/2自旋态,最后变为高自旋S = 1理想分子结构的状态。

在没有磁量化轴(可通过自旋极化STM检测到)或磁各向异性(可通过自旋翻转非弹性隧道光谱检测到)的情况下进行自旋态的实验证明并不简单。在这项工作中,自旋签名是从屏幕不足的近藤效应(一种在1960年代描述的标准近藤效应的奇异版本)获得的,它可以在高自旋系统中出现。以前没有在金属上的石墨烯薄片中观察到它的报道,并且为了解与表面相互作用的自旋带来了新颖的见解。

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