grafeen, een één-atoom dik vel koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster, heeft veel gewenste eigenschappen. Magnetisme is daar helaas niet een van. Magnetisme kan in grafeen worden opgewekt door het te doteren met magnetische onzuiverheden, maar deze doping heeft de neiging de elektronische eigenschappen van grafeen te verstoren.

Nu een team van natuurkundigen aan de Universiteit van Californië, Riverside heeft een ingenieuze manier gevonden om magnetisme in grafeen te induceren en tegelijkertijd de elektronische eigenschappen van grafeen te behouden. Ze hebben dit bereikt door een grafeenvel heel dicht bij een magnetische isolator te brengen - een elektrische isolator met magnetische eigenschappen.

"Dit is de eerste keer dat grafeen op deze manier magnetisch is gemaakt, " zei Jing Shi, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, wiens lab het onderzoek leidde. "Het magnetische grafeen krijgt nieuwe elektronische eigenschappen waardoor nieuwe kwantumfenomenen kunnen ontstaan. Deze eigenschappen kunnen leiden tot nieuwe elektronische apparaten die robuuster en multifunctioneel zijn."

De bevinding heeft het potentieel om het gebruik van grafeen in computers te vergroten, zoals in computerchips die elektronische spin gebruiken om gegevens op te slaan.

Studieresultaten verschenen eerder deze maand online in Fysieke beoordelingsbrieven .

De magnetische isolator die Shi en zijn team gebruikten, was yttrium-ijzer-granaat dat in zijn laboratorium werd gekweekt door laser-moleculaire bundelepitaxie. De onderzoekers plaatsten een enkellaags grafeenvel op een atomair gladde laag yttrium-ijzer-granaat. Ze ontdekten dat yttrium-ijzer-granaat de grafeenplaat magnetiseerde. Met andere woorden, grafeen leent eenvoudigweg de magnetische eigenschappen van yttrium-ijzer-granaat.

Magnetische stoffen zoals ijzer hebben de neiging om de elektrische geleiding van grafeen te verstoren. De onderzoekers vermeden die stoffen en kozen voor yttrium-ijzer-granaat omdat ze wisten dat het werkte als een elektrische isolator, wat betekende dat het de elektrische transporteigenschappen van grafeen niet zou verstoren. Door de grafeenplaat niet te doteren maar simpelweg op de laag yttrium-ijzer-granaat te leggen, ze zorgden ervoor dat de uitstekende elektrische transporteigenschappen van grafeen ongewijzigd bleven.

In hun experimenten, Shi en zijn team stelden het grafeen bloot aan een extern magnetisch veld. Ze ontdekten dat de Hall-spanning van grafeen - een spanning in de richting loodrecht op de stroom - lineair afhing van de magnetisatie van yttrium-ijzer-granaat (een fenomeen dat bekend staat als het abnormale Hall-effect, gezien in magnetische materialen zoals ijzer en kobalt). Dit bevestigde dat hun grafeenvel magnetisch was geworden.