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記者從中科院合肥研究院獲悉，該院強(qiáng)磁場中心與固體所的科研人員合作，在二維磁性材料居里溫度提升、二維磁性材料類型拓展方面分別取得了進(jìn)展。相關(guān)成果日前分別發(fā)表在《物理化學(xué)雜志C》和《高分子化學(xué)》 期刊上。
磁性材料是自旋電子器件的基礎(chǔ)。二維磁性材料的研發(fā)為未來尺寸更小、能耗更低的自旋電子學(xué)器件的實(shí)現(xiàn)提供了可能。目前，該領(lǐng)域有兩個方面的研究備受關(guān)注：其一是提高二維體系的居里溫度，最好能到室溫以上；其二是拓展二維磁性材料的類型，除了無機(jī)的還需要有機(jī)的，除了鐵磁的還需要反鐵磁的。
目前，大多數(shù)二維磁性是通過機(jī)械剝離三維磁性晶體來實(shí)現(xiàn)的。這類體系的本征居里溫度普遍較低（低于250 K）。提高居里溫度，除了元素?fù)诫s、外場調(diào)控，缺陷工程也是重要的備選方案之一。因此在原本的非磁二維材料上，通過缺陷工程引入磁性也是極具前景的，這種非本征磁性有望實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)變溫度。
科研人員用武茲反應(yīng)合成內(nèi)嵌石墨納米晶的無定形碳納米片，并發(fā)現(xiàn)由石墨納米晶的鋸齒形邊界引起的室溫鐵磁強(qiáng)度可達(dá)0.22emu/g，比此前報道的點(diǎn)缺陷誘導(dǎo)的石墨室溫鐵磁強(qiáng)度大兩個數(shù)量級。結(jié)合進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和第一性原理計算，研究人員發(fā)現(xiàn)碳納米片的磁性主要依賴于鋸齒形邊界間的距離，隨著距離由3.6nm減小0.8nm，邊界間的磁性耦合由鐵磁轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁。室溫鐵磁性是二維磁性材料走上應(yīng)用的前提，這些發(fā)現(xiàn)為碳基磁性材料的應(yīng)用提供了可行性。
另一方面，項目組首先設(shè)計并合成了三甲基自由基作為單體，然后通過自由基單體在液/液界面的聚合，制備了獨(dú)立的二維有機(jī)磁性聚自由基（OMP）納米片。通過自由基之間的磁交換耦合，獲得的二維OMP納米片具有反鐵磁特性，奈耳溫度達(dá)到42.5K。
據(jù)了解，這是首次展示具有反鐵磁特性的新型二維有機(jī)結(jié)構(gòu)人工材料，該材料可作為二維有機(jī)自旋電子器件的基本組成部分。
