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陈根,石墨烯的出现,新材料之王问路新可能

发布时间:2021-03-02 12:53编辑:小狐阅读: 344次 手机阅读

文/陈根

石墨烯的各类优异性能及特性,包括导电性、导热性、透光性、刚柔并济性,让石墨烯当之无愧地成为“21世纪新材料之王”

理论上看,石墨烯未来应用空间尤其广阔,比如在电子行业,锂电池、超级电容器、OLED、柔性屏、传感器、芯片等领域,在很多技术的发展都已经进入瓶颈期的当下,石墨烯的出现,似乎承担了颠覆产业的艰巨使命。

尽管石墨烯具有诸多实用的特性,但磁性通常与之没有太大的关联。现在,布法罗大学的一支研究团队设法在石墨烯中诱导出了“人工电磁结构”有望在自旋电子学的新兴领域产生重大影响。

陈根,石墨烯的出现,新材料之王问路新可能(图1)

具体来说,石墨烯和自旋电子学相互独立,各自拥有从根本上改变商业和社会许多方面的巨大潜力。但却从未有研究将这两者结合起来,以证明其协同效应。

在此次实验中,研究人员将一块20纳米厚的磁铁与一片石墨烯直接接触,石墨烯是一层碳原子,排列在一个不到1纳米厚的二维蜂窝状晶格中。研究人员直言,这有点像把一块砖放在一张纸上。

随后,研究人员在石墨烯和磁铁周围的不同位置放置8个电极,以测量它们的导电性。电极显示出令人惊喜的结果—磁铁在石墨烯中诱导了一种人造的磁性结构,这种结构即使在石墨烯远离磁铁的区域也能持续存在。

也就是说,这两个物体之间的紧密接触导致了正常的非磁性碳表现出不同的行为,表现出类似于铁或钴等普通磁性材料的磁性。

此外,研究发现,即使从石墨烯和磁铁的接触点看几微米远,这些特性也完全可以压倒石墨烯的天然特性。这个距离(微米是一米的百万分之一)虽然小得难以置信,但从显微镜上看却相对较大。

这些发现提出了与石墨烯磁性织构的微观起源有关的重要问题。而磁性石墨烯或为新兴的“自旋电子学”开辟新的研究方向。与当前的电子设备相比,它至少能够对数据实现更密集的编码。

本文相关词条概念解析:

石墨

石墨(graphite)是一种结晶形碳。是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”,汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成,从“炭”字音。六方晶系,为铁墨色至深灰色。密度2.25克/厘米3,硬度1.5,溶点3652℃,沸点4827℃。质软,有滑腻感,可导电。化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、碱等不易反应。在空气或氧气中加强热,可燃烧并生成二氧化碳。强氧化剂会将它氧化成有机酸。用作抗摩剂和润滑材料,制作坩埚、电极、干电池、铅笔芯。高纯度石墨可在核反应堆上作中子减速剂。常被称为炭精或黑铅,因为以前被误认为是铅。

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