Grafen, ett atomtunt kolark, har intensivt studerats under det senaste decenniet för att avslöja exceptionell mekanisk, elektrisk, och optiska egenskaper. Nyligen, forskare har börjat utforska en ännu mer överraskande egenskap - magnetism. Teorier och experiment har antytt att antingen defekter i grafen eller kemiska grupper bundna till grafen kan få det att uppvisa magnetism; dock, hittills fanns det inget sätt att skapa storytan magnetisk grafen som lätt kunde mönstras. Nu, forskare från U.S.Naval Research Laboratory (NRL) har hittat ett enkelt och robust sätt att magnetisera grafen med hjälp av väte.

Denna forskning har publicerats i Avancerade material , 20 januari, 2015.

NRL -forskarna placerade grafenen på en kiselskiva och doppade den sedan i ungefär en minut i kryogen ammoniak med lite litium. Gruppen hade nyligen visat att detta är en snabb och skonsam metod för att tillsätta väteatomer. De ser nu att det tillsatta vätet gör ytan ferromagnetisk. Eftersom denna metod är så effektiv för att tillsätta väte, man måste vara försiktig med exponeringens längd. Dr Keith Whitener, NRL:s kemidivision, förklarade:"Denna hydreringsmetod ger oss tillgång till ett mycket bredare utbud av vätetäckning än tidigare tillåtna metoder, och för mycket väte förstör faktiskt magnetismen. "Men en gång gjord, den magnetiska grafen var av exceptionell kvalitet. Dr Paul Sheehan, NRL:s kemidivision, noterade att "jag blev förvånad över att den delvis hydrerade grafen som framställts med vår metod var så enhetlig i sin magnetism och tydligen inte hade några magnetiska korngränser."

Intressant, NRL -gruppen visade att magnetstyrkan kunde ställas in genom att ta bort väteatomer med en elektronstråle. Elektronernas påverkan kan bryta den kemiska bindningen mellan grafen och väte, avlägsna vätet från ytan. Utan väte, grafen är inte längre magnetisk. Som ett resultat, genom att noggrant styra elektronstrålens väg kan man skriva in magnetmönster i grafen (figur). "Eftersom massiv mönsterbildning med kommersiellt elektronstråle litografisystem är möjlig, vi tror att vår teknik lätt kan tillämpas för nuvarande tillverkning av mikroelektronik, "säger Dr Woo-Kyung Lee, materialforskare inom kemidivisionen vid NRL och projektledare. Stora matriser med magnetiska funktioner gjordes snabbt, vilket skulle vara särskilt användbart i applikationer från informationsteknik till spintronics.

Frågorna som forskarna nu står inför är hur fin mönstret av väte kan vara och hur länge ferromagnetismen kan vara stabil. Om dessa frågor besvaras, denna teknik kan leda till att ett lagringsmedium med ett enda hydrogenerat kolpar lagrar en enda magnetisk bit data, en ungefärligt mer än miljonfaldig förbättring jämfört med nuvarande hårddiskar.