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《自然•通讯》报道汤怒江副教授/都有为院士团队在低维碳材料的轻质元素超掺杂及其磁性等方面的重要研究成果亚洲必赢337.net

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我校物理学院、南京微结构国家实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心的汤怒江副教授/都有为院士团队与东南大学和中科院金属研究所合作,在低维碳材料(如碳纳米管、石墨烯)的轻质元素超掺杂和磁性等研究中取得突破性进展,相关研究成果以《Elemental
superdoping of graphene and carbon
nanotubes》为题,2016年3月4日在线发表于Nature Communications
7,10921。我校物理学院2009级直博生刘圆及其导师汤怒江副教授完成了主要实验工作,东南大学孙立涛教授研究组进行了微观结构的表征工作,中科院金属所的刘畅研究组进行了氧催化性能表征等工作。汤怒江副教授和中科院金属所成会明研究员对整个研究工作进行了组织与协调。汤怒江副教授、孙立涛教授与成会明研究员为论文共同通讯作者。

亚洲必赢337.net,我校物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省纳米技术重点实验室的汤怒江教授/都有为院士团队与中科院金属研究所合作,在三维石墨烯网络的氮元素超掺杂研究中取得进展,相关研究成果发表在Advanced
Materials 29, 1701677,
2017)上。我校物理学院2014级直博生张维利及其导师汤怒江教授完成了主要实验工作,中科院金属所合作团队的任文才研究组进行了超电性能表征等工作。汤怒江教授和中科院金属所任文才研究员共同提出了该研究的学术思想,并对整个研究工作进行了指导,组织与协调。汤怒江教授与任文才研究员为论文共同通讯作者。

二维铁磁体在自旋电子学和超高速、超高容量信息存储上具有独特优势。近几年,已经预言可以用一些类石墨烯材料(比如氢化石墨烯、掺杂的单层GaSe以及过渡金属硫族化合物)实现二维磁体。但研究人员仍然期望利用传统磁元素铁钴镍直接构筑稳定且易制备的二维铁磁性石墨烯体系,因为具有蜂窝状结构的二维铁磁体不仅可以应用在自旋电子学、信息存储和催化方面,也可用来验证拓扑绝缘体和超导体的概念基础模型——Haldane模型。

低维碳材料一直是实验和理论研究的前沿。该类材料和其它无机自旋电子材料相比,自旋扩散长度要高约3个数量级(达1.5《自然•通讯》报道汤怒江副教授/都有为院士团队在低维碳材料的轻质元素超掺杂及其磁性等方面的重要研究成果亚洲必赢337.net。~2
微米),这有利于人工调控其自旋,故这类材料在自旋电子学器件中具有潜在应用前景。但石墨是一种本征非磁性材料,不存在局域磁矩,这限制了该类材料在自旋电子学器件上的应用。因此,如何在本征非磁的低维碳材料中引入高浓度的局域磁矩,并使之发生铁磁耦合而实现长程铁磁有序,是迫切需要解决的一个关键科学问题。大量理论研究表明,轻质元素的掺杂可在这类材料中有效引入局域磁矩。但由于这些元素只能掺杂在石墨层的空位位置处,加之空位浓度有限,使轻质元素的掺杂浓度较低。此外,通过精确控制掺杂浓度进而对其理化性质进行精确调控,对于开发其应用也具有重要意义。

大量理论和实验研究均表明,氮掺杂可改变石墨烯的电子结构,并改善其物理化学性质,进而极大地拓展其应用。但由于氮元素只能掺杂在石墨层的空位位置处,加之空位浓度有限,使轻质元素的掺杂浓度较低。2016年该合作团队在国际上首创了轻质元素超掺杂技术,成功地解决了这一长期存在的难题(Nature
Communications 7, 10921,
2016)。该技术不仅可以获得超高的氮掺杂浓度,而且还能精确控制其掺杂浓度。

近日,中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉课题组与物理研究所孟胜课题组合作,在新型二维铁磁体系的研究方面获得新进展,相关研究成果发表在美国化学会的ACS
Nano杂志上(ACS Nano 11,2143-2149。

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论文作者副研究员于迎辉与合作者通过在半金属锑表面沉积铁原子首次成功获得了单层有序Fe-Sb铁磁结构,发现具有类石墨烯材料要求的两套共穿子晶格,适合于Haldane模型的验证。同时,发现此二维体系可以进一步囚禁Sb原子形成新颖的有序幻数纳米环。另外,研究人员还成功获得了Fe3Sb7二维全同量子点阵列。密度泛函理论模拟表明此两种超结构均具有较大的磁矩,且均局域在铁原子的d电子上。该研究为二维铁磁体的制备提供了一种新方法,有利于促进其在超高密度磁存储器件的构筑和单原子催化方面的应用。

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