(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Universiteit van Maryland hebben een manier ontdekt om de magnetische eigenschappen van grafeen te controleren, wat zou kunnen leiden tot krachtige nieuwe toepassingen in magnetische opslag en magnetisch willekeurig toegankelijk geheugen.

De bevinding door een team van onderzoekers uit Maryland, onder leiding van natuurkundeprofessor Michael S. Fuhrer van het UMD Center for Nanophysics and Advanced Materials is de nieuwste van vele verbazingwekkende eigenschappen die zijn ontdekt voor grafeen.

Een honingraatlaag van koolstofatomen van slechts één atoom dik, grafeen is het basisbestanddeel van grafiet. Zo'n 200 keer sterker dan staal, het geleidt elektriciteit beter bij kamertemperatuur dan enig ander bekend materiaal (een ontdekking uit 2008 door Führer, et. al). Van grafeen wordt algemeen gezien dat het geweldige, misschien zelfs revolutionair, potentieel voor nanotechnologietoepassingen. De Nobelprijs voor natuurkunde 2010 werd toegekend aan wetenschappers Konstantin Novoselov en Andre Geim voor hun ontdekking in 2004 hoe grafeen te maken.

In hun nieuwe ontdekking van grafeen, Fuhrer en zijn collega's van de Universiteit van Maryland hebben ontdekt dat ontbrekende atomen in grafeen, vacatures genoemd, fungeren als kleine magneten - ze hebben een 'magnetisch moment'. Bovendien, deze magnetische momenten hebben een sterke wisselwerking met de elektronen in grafeen die elektrische stromen voeren, die aanleiding geven tot een aanzienlijke extra elektrische weerstand bij lage temperatuur, bekend als het Kondo-effect. De resultaten verschijnen in het artikel "Tunable Kondo effect in graphene with defects", dat deze maand in . werd gepubliceerd Natuurfysica .

Het Kondo-effect wordt meestal geassocieerd met het toevoegen van kleine hoeveelheden magnetische metaalatomen, zoals ijzer of nikkel, op een niet-magnetisch metaal, zoals goud of koper. Het vinden van het Kondo-effect in grafeen met vacatures was om twee redenen verrassend:volgens Führer.

"Eerst, we bestudeerden een systeem van niets anders dan koolstof, zonder toevoeging van traditioneel magnetische onzuiverheden. Tweede, grafeen heeft een zeer kleine elektronendichtheid, waardoor het Kondo-effect naar verwachting alleen bij extreem lage temperaturen optreedt, " hij zei.

Het team mat de karakteristieke temperatuur voor het Kondo-effect in grafeen met vacatures tot 90 Kelvin. wat vergelijkbaar is met die van metalen met zeer hoge elektronendichtheden. Bovendien kan de Kondo-temperatuur worden afgesteld door de spanning op een elektrische poort, een effect dat niet wordt gezien bij metalen. Ze theoretiseren dat dezelfde ongebruikelijke eigenschappen ervan ertoe leiden dat de elektronen van grafeen zich gedragen alsof ze geen massa hebben, ze ook zeer sterk laten interageren met bepaalde soorten onzuiverheden, zoals vacatures, wat leidt tot een sterk Kondo-effect bij een relatief hoge temperatuur.

Fuhrer denkt dat als vacatures in grafeen op de juiste manier kunnen worden geregeld, ferromagnetisme zou kunnen ontstaan. "Individuele magnetische momenten kunnen aan elkaar worden gekoppeld door het Kondo-effect, dwingen ze allemaal in dezelfde richting te gaan staan, " hij zei.

"Het resultaat zou een ferromagneet zijn, zoals ijzer, maar in plaats daarvan alleen gemaakt van koolstof. Magnetisme in grafeen zou kunnen leiden tot nieuwe soorten sensoren op nanoschaal van magnetische velden. En, in combinatie met de enorme elektrische eigenschappen van grafeen, magnetisme in grafeen zou ook interessante toepassingen kunnen hebben op het gebied van spintronica, die het magnetische moment van het elektron gebruikt, in plaats van zijn elektrische lading, om de informatie in een computer weer te geven.

"Dit opent de mogelijkheid van 'defect engineering' in grafeen - atomen op de juiste plaatsen eruit plukken om de gewenste magnetische eigenschappen te ontwerpen, ’ zei Führer.