grafeen, een atomair dunne laag koolstof, is het afgelopen decennium intensief bestudeerd om uitzonderlijke mechanische, elektrisch, en optische eigenschappen. Onlangs, onderzoekers zijn begonnen met het onderzoeken van een nog verrassendere eigenschap:magnetisme. Theorieën en experimenten hebben gesuggereerd dat ofwel defecten in grafeen of chemische groepen gebonden aan grafeen ervoor kunnen zorgen dat het magnetisme vertoont; echter, tot op heden was er geen manier om magnetisch grafeen met een groot oppervlak te maken dat gemakkelijk van een patroon kon worden voorzien. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory (NRL) hebben een eenvoudige en robuuste manier gevonden om grafeen te magnetiseren met waterstof.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen , 20 januari 2015.

De NRL-wetenschappers plaatsten het grafeen op een siliciumwafel en dompelden het vervolgens ongeveer een minuut onder in cryogene ammoniak met een beetje lithium. De groep had onlangs aangetoond dat dit een snelle en zachte methode is om waterstofatomen toe te voegen. Ze zien nu dat de toegevoegde waterstof het oppervlak ferromagnetisch maakt. Omdat deze methode zo effectief is in het toevoegen van waterstof, men moet voorzichtig zijn met de duur van de blootstelling. Dr. Keith Whitener, NRL's Chemie Divisie, verklaarde:"Deze methode van hydrogenering geeft ons toegang tot een veel breder bereik van waterstofdekking dan eerdere methoden toegestaan, en te veel waterstof vernietigt eigenlijk het magnetisme." eenmaal gemaakt, het magnetische grafeen was van uitzonderlijke kwaliteit. Dr. Paul Sheehan, NRL's Chemie Divisie, merkte op:"Ik was verrast dat het gedeeltelijk gehydrogeneerde grafeen dat met onze methode werd bereid, zo uniform was in zijn magnetisme en blijkbaar geen magnetische korrelgrenzen had."

interessant, de NRL-groep toonde aan dat de magnetische sterkte kan worden afgestemd door waterstofatomen te verwijderen met een elektronenstraal. De impact van de elektronen kan de chemische binding tussen het grafeen en de waterstof verbreken, het verwijderen van de waterstof van het oppervlak. Zonder de waterstof, het grafeen is niet langer magnetisch. Als resultaat, door het pad van de elektronenstraal zorgvuldig te regelen, kunnen magnetische patronen in het grafeen worden geschreven (figuur). "Aangezien massale patronen met een commercieel elektronenstraallithografiesysteem mogelijk zijn, wij geloven dat onze techniek gemakkelijk toepasbaar kan zijn voor de huidige fabricage van micro-elektronica, " zegt Dr. Woo-Kyung Lee, materiaalonderzoeker bij de Divisie Chemie bij NRL en projectleider. Grote reeksen magnetische kenmerken werden snel gemaakt, die met name nuttig zou zijn in toepassingen van informatietechnologie tot spintronica.

De vragen waarmee de onderzoekers nu worden geconfronteerd, zijn hoe fijn de patroonvorming van waterstof kan zijn en hoe lang het ferromagnetisme stabiel kan blijven. Als die vragen beantwoord zijn, deze techniek zou kunnen leiden tot een opslagmedium met een enkel gehydrogeneerd koolstofpaar dat een enkel magnetisch databit opslaat, een ruwweg meer dan een miljoenvoudige verbetering ten opzichte van de huidige harde schijven.