(PhysOrg.com) - University of Maryland forskare har upptäckt ett sätt att kontrollera magnetiska egenskaper hos grafen som kan leda till kraftfulla nya tillämpningar inom magnetisk lagring och magnetiskt direktminne.

Upptäckten av ett team av Maryland-forskare, ledd av fysikprofessor Michael S. Fuhrer vid UMD Center for Nanophysics and Advanced Materials är den senaste av många fantastiska egenskaper som upptäckts för grafen.

Ett bikakeark av kolatomer bara en atom tjockt, grafen är den grundläggande beståndsdelen i grafit. Cirka 200 gånger starkare än stål, den leder elektricitet vid rumstemperatur bättre än något annat känt material (en upptäckt 2008 av Fuhrer, et. al). Grafen anses allmänt ha bra, kanske till och med revolutionerande, potential för nanotekniktillämpningar. 2010 års Nobelpris i fysik tilldelades forskarna Konstantin Novoselov och Andre Geim för deras upptäckt 2004 av hur man gör grafen.

I deras nya grafenupptäckt, Fuhrer och hans kollegor vid University of Maryland har funnit att saknade atomer i grafen, kallas lediga platser, fungerar som små magneter -- de har ett "magnetiskt ögonblick". Dessutom, dessa magnetiska moment interagerar starkt med elektronerna i grafen som bär elektriska strömmar, ger upphov till ett betydande extra elektriskt motstånd vid låg temperatur, känd som Kondo-effekten. Resultaten visas i tidningen "Tunable Kondo effect in graphene with defects" publicerad denna månad i Naturfysik .

Kondo-effekten är vanligtvis förknippad med att lägga till små mängder magnetiska metallatomer, som järn eller nickel, till en icke-magnetisk metall, såsom guld eller koppar. Att hitta Kondo-effekten i grafen med vakanser var överraskande av två anledningar, enligt Fuhrer.

"Först, vi studerade ett system av ingenting annat än kol, utan att tillsätta några traditionellt magnetiska föroreningar. Andra, grafen har en mycket liten elektrondensitet, vilket skulle förväntas få Kondo-effekten att uppträda endast vid extremt låga temperaturer, " han sa.

Teamet mätte den karakteristiska temperaturen för Kondo-effekten i grafen med vakanser för att vara så höga som 90 Kelvin, vilket är jämförbart med det som ses i metaller med mycket höga elektrondensiteter. Dessutom kan Kondo-temperaturen justeras av spänningen på en elektrisk grind, en effekt som inte syns i metaller. De har en teori om att samma ovanliga egenskaper hos det resulterar i att grafens elektroner fungerar som om de inte har någon massa också gör att de interagerar mycket starkt med vissa typer av föroreningar, såsom lediga jobb, vilket leder till en stark Kondo-effekt vid en relativt hög temperatur.

Fuhrer tror att om lediga tjänster inom grafen kunde ordnas på precis rätt sätt, ferromagnetism kan bli resultatet. "Enskilda magnetiska moment kan kopplas samman genom Kondo-effekten, tvingar dem alla att ställa upp i samma riktning, " han sa.

"Resultatet skulle bli en ferromagnet, som järn, utan istället endast gjord av kol. Magnetism i grafen kan leda till nya typer av nanosensorer för magnetfält. Och, i kombination med grafens enorma elektriska egenskaper, magnetism i grafen kan också ha intressanta tillämpningar inom området spintronik, som använder elektronens magnetiska moment, istället för sin elektriska laddning, att representera informationen i en dator.

"Detta öppnar möjligheten för "defekt ingenjörskonst" i grafen - plocka ut atomer på rätt ställen för att designa de magnetiska egenskaper du vill ha, sa Fuhrer.