ナノテクノロジー：細いグラフェンナノリボンのジグザグ端における室温磁気秩序

カーボンなどの非磁性物質が新しいタイプのs–p電子磁性を示す可能性は、特に、そうした磁気秩序が高温で安定であると予測されているため、長年にわたって大きな注目を集めてきた。グラフェンの原子スケールの構造欠陥が不対スピンを伴う可能性が示されているが、そうした欠陥に束縛された磁気モーメントからどのような条件下で長距離磁気秩序が出現するか、まだ分かっていない。今回我々は、ランダムな欠陥分布とは異なり、2つの部分からなるグラフェン格子の片方の副格子だけに端部原子が由来する特異的な結晶配向のグラフェン端を、原子スケールで作り出すことによって、ロバストな磁気秩序が出現し得ることを提唱する。我々は、走査トンネル顕微鏡法に基づくナノ加工技術を用いて、ナノメートル精度の明瞭な結晶端配向を持つグラフェンナノリボンを形成した。いわゆる「アームチェア」型リボンは量子閉じ込めギャップを示すが、「ジグザグ」端構造を持つ幅7 nm未満のリボンは、約0.2～0.3 eVの電子バンドギャップを示す。これは、端部に沿った相互作用誘起スピン秩序化の特徴と見なすことができる。さらに、リボン幅を太くすると、半導体–金属転移が起こることが明らかになった。このことは、対向するリボン端の間の磁気結合が反強磁性配置から強磁性配置へと切り替わることを示している。我々は、制御されたジグザグ配向のグラフェン端における磁気秩序が、室温でも安定でいられることを見いだした。これにより、グラフェンをベースとした周囲条件下で動作するスピントロニクス・デバイスへの期待が高まる。

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