Grafen är otroligt starkt, lättvikt, ledande ... listan över dess superlativa egenskaper fortsätter.

Det är det inte, dock, magnetisk — en brist som har hämmat dess användbarhet inom spintronik, ett framväxande område som forskare säger så småningom skulle kunna skriva om reglerna för elektronik, leder till mer kraftfulla halvledare, datorer och andra enheter.

Nu, ett internationellt forskarlag under ledning av universitetet i Buffalo rapporterar ett framsteg som kan hjälpa till att övervinna detta hinder.

I en studie publicerad i dag i tidskriften Fysiska granskningsbrev , forskare beskriver hur de parade ihop en magnet med grafen, och inducerade vad de beskriver som "konstgjord magnetisk textur" i det icke-magnetiska undermaterialet.

"Oberoende av varandra, Grafen och spintronik har båda en otrolig potential att i grunden förändra många aspekter av näringslivet och samhället. Men om du kan blanda de två tillsammans, de synergistiska effekterna är sannolikt något som den här världen ännu inte har sett, " säger huvudförfattaren Nargess Arabchigavkani, som utförde forskningen som Ph.D. kandidat vid UB och är nu postdoktor vid SUNY Polytechnic Institute.

Ytterligare författare representerar UB, King Mongkuts Institute of Technology Ladkrabang i Thailand, Chiba University i Japan, University of Science and Technology i Kina, University of Nebraska Omaha, University of Nebraska Lincoln, och Uppsala universitet i Sverige.

För sina experiment, forskare placerade en 20 nanometer tjock magnet i direkt kontakt med ett ark grafen, som är ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett tvådimensionellt bikakenät som är mindre än 1 nanometer tjockt.

"För att ge dig en känsla av storleksskillnaden, det är lite som att sätta en tegelsten på ett pappersark, " säger studiens seniorförfattare Jonathan Bird, Ph.D., professor och ordförande i elektroteknik vid UB Högskolan för teknik och yrkeshögskola.

Forskare placerade sedan åtta elektroder på olika ställen runt grafenet och magneten för att mäta deras ledningsförmåga.

Elektroderna avslöjade en överraskning - magneten inducerade en konstgjord magnetisk textur i grafenet som kvarstod även i områden av grafenet borta från magneten. Enkelt uttryckt, den intima kontakten mellan de två föremålen fick det normalt icke-magnetiska kolet att bete sig annorlunda, uppvisar magnetiska egenskaper som liknar vanliga magnetiska material som järn eller kobolt.

Dessutom, man fann att dessa egenskaper helt kunde överväldiga grafenens naturliga egenskaper, även när man tittar flera mikrometer bort från kontaktpunkten för grafenet och magneten. Detta avstånd (en mikron är en miljondels meter), medan den är otroligt liten, är relativt stor mikroskopiskt sett.

Fynden väcker viktiga frågor som rör det mikroskopiska ursprunget för den magnetiska texturen i grafen.

Viktigast, Fågel säger, är i vilken utsträckning det inducerade magnetiska beteendet uppstår från påverkan av spinnpolarisation och/eller spin-omloppskoppling, vilka är fenomen som är kända för att vara intimt kopplade till materialens magnetiska egenskaper och till spintronikens framväxande teknologi.

Istället för att använda den elektriska laddningen som bärs av elektroner (som i traditionell elektronik), spintroniska enheter försöker utnyttja den unika kvantegenskapen hos elektroner som kallas spinn (vilket är analogt med att jorden snurrar på sin egen axel). Spin erbjuder möjligheten att packa mer data i mindre enheter, vilket ökar kraften hos halvledare, kvantdatorer, masslagringsenheter och annan digital elektronik.