Графен, одноатомный слой атомов углерода, расположенных в форме гексагональной решетки, обладает массой интересных качеств. Увы, магнетизма среди них нет. Магнетизм можно индуцировать в графене, легировав его магнитными примесями, но это, как правило, нарушает электронные свойства графена.

Группа физиков из Калифорнийского университета в Риверсайде нашла остроумный способ индуцировать магнетизм в графене, сохранив его электронные свойства. Они добились этого путем привлечения листа графена очень близко к магнитному изолятору — электрическому изолятору с магнитными свойствами.

«Мы первыми сделали гарфен магнитным вот таким образом, — говорит Цзин Ши, профессор физики и астрономии, в лаборатории которого проводились исследования. — Магнитный графен приобретает новые электронные свойства, потому возникают новые квантовые эффекты. Эти качества могут привести к появлению новых электронных устройств, которые будут более надежными и многофункциональными».

Результаты исследования были опубликованы в начале этого месяца в журнале Physical Review Letters и обладают мощным потенциалом увеличить использование графена в компьютерах, в частности в компьютерных чипах.

Магнитный изолятор, который использовал Ши и его команда, представлял собой собой иттрий-железный гранат, выращенный с помощью лазерно-молекулярной пучковой эпитаксии в лаборатории. Ученые поместили однослойный лист графена на атомарно-гладкий слой иттрий-железа и обнаружили, что иттрий-железо намагнитило графеновый лист. Другими словами, графен просто позаимствовал магнитные свойства у иттрий-железной подложки.

Магнитные вещества вроде железа, как правило, мешают электропроводности графена. Чтобы этого не произошло, ученые выбрали иттрий-железный гранат, поскольку знали, что он выступает в качестве электрического изолятора и не нарушит свойства транспорта электронов в графене. Не легируя лист графена, а просто поместив его на слой иттрий-железного граната, они обеспечили неизменность электронных свойств графена.

В своих экспериментах Ши и его команда подвергали графен внешнему магнитному полю и обнаружили, что напряжение Холла в графене — напряжения, перпендикулярного направлению тока — линейно зависит от намагниченности иттрий-железного граната (явление, известное как аномальный эффект Холла, наблюдали в магнитных материалах вроде железа и кобальта). Это подтверждает факт того, что графен обзавелся магнитными свойствами.